通信行業專題報告：光器件行業研究框架與投資機會梳理

科技 06-06

（報告出品方/作者：國信證券，馬成龍、陳彤、付曉欽）

一、光器件市場概述

光電技術是信息技術的重要分支，應用廣泛

光電技術是信息技術的重要分支，信息化時代下光電產業發展迅速。光電技術是獲取光子信息或藉助光子提取其他信息的重要手段，涉及光子與電子兩大信息化社會的關鍵支柱。自上世紀80年代以來，光電子產品應用日益廣泛，從產業鏈角度看包括光輻射（激光）、光探測、光傳輸、光處理、光顯示、光存儲、光集成及光轉換（光伏）等多個領域。光電產業市場規模日益增長，據中國光學光電子行業協會，2019年中國光電行業總產值已突破1.5萬億元。當前，一些新興的應用亦在快速發展，例如AR/VR、激光雷達等。

光通信應用場景：電信網路和數據中心

應用趨勢：隨著移動互聯網和雲計算的發展，數據中心的計算能力和數據交換能力呈指數級增長，光通信的應用主體從運營商網路轉向數據中心。電信網路的光通信應用：1980年代光纖誕生以來，光通信應用從骨幹網到城域網、接入網、基站。目前國內傳輸網路基本完成光纖化，但數據在進出網路時仍需要進行光電轉換；未來向全光網演進。以光模塊為例，據 LightCounting數據，電信市場（FTTx 無線前傳/中回傳 CWDM/DWDM）佔比約為40%-45%。

數通市場：受海外雲廠商資本開支驅動，增長穩定性強

整體來看，海外雲廠商資本開支維持穩定增長態勢。22Q1，海外三大雲廠商及Meta資本開支合計355.18億美元（同比 30%，環比-2.8%）。在全球數據流量快速增長背景下，雲廠商資本開支整體呈穩定增長態勢。短期來看，據Dell』Oro Group，大多數主要雲服務提供商2022年將經歷一個擴張周期，驅動2022年全球數據中心資本開支預計超過2400億美元。

電信市場：受運營商資本開支周期變動影響，波動性較大

u 電信市場是光通信最早發力的市場，主要用於無線接入、固網接入和承載網等，市場受運營商資本開支周期變動影響顯著。電信運營商的Capex具有周期性特點，在代際升級的主建設期，運營商Capex會有明顯的上升——例如國內13-15年的4G主建設期及19年至今的5G主建設期，運營商資本開支有明顯提升。受此影響，電信側光通信市場的波動性較數通側更為顯著，仍以光模塊為例，據LightCounting數據，2013-2015年期間隨著4G建設加速，國內電信側光模塊市場快速增長，相同的趨勢也在2019年5G建設開啟時出現。因此，電信側光通信市場增長與通信技術代際升級，也即運營商重點投入時期高度相關，相關時點的市場表現更為優異

二、光模塊

光模塊主要用於實現光、電信號的轉換

光模塊是用於設備與光纖之間光電轉換的介面模塊。光模塊主要用於實現光電信號的轉換。光模塊主要由光學器件和輔料（外殼、插針、PCB與控制晶元）構成。光學器件（包括光晶元和光學元件組件）約佔光模塊成本70%以上，輔料（外殼、插針、PCB與電路晶元等）佔光模塊總成本近30%。

光發射組件TOSA一般包含激光二極體、背光監測二極體、耦合部件、TEC以及熱敏電阻等元件。一定速率的電信號經驅動晶元處理後驅動激光器（LD）發射出相應速率的調製光信號，通過光功率自動控制電路，輸出功率穩定的光信號。光接收組件ROSA一般包含光電探測器、跨阻放大器、耦合部件等元件。一定速率的光信號輸入模塊後由光探測器轉（PD/APD）換為電信號，經前置放大器（TIA)放到後輸出相應速率的電信號。

光模塊規格型號繁多，適用於不同應用場景

光模塊種類繁多，有多種分類方式，包括按封裝方式、光口速率、傳輸距離、調製格式、是否支持波分復用、適用的光纖類型、光介面工作模式、光晶元類型、連接器接頭類型、使用方式、工作溫度範圍等。例如，400G光模塊按照封裝方式可以分為CDFP、CFP8、QSFP-DD和OSFP方案。按信號調制方式可分為NRZ和PAM4調製。按傳輸距離，可分為SR、DR、FR、LR等。早期的400G光模塊用16路 25Gbps NRZ的實現方式，現在主流是4路106Gbps PAM4（400G-DR4,FR4,LR4）的實現方式。

光模塊技術升級路線：向更高速率和更低成本演進

光模塊速率升級的方法有兩種：1、提高單通道的比特速率；2、增加通道數。10G到40G，提升的是通道數；從40G到100G，提升的是單通道波特率；從100G到400G，可用16*25G、4*100G（100G激光器的波特率存在瓶頸，可用50G激光器疊加更高的調製方式，即PAM4；對比傳統NRZ調製，PAM4單個脈衝可以傳遞兩比特信息，相同條件下信道容量可以提升一倍），或者採用8*50G方案。

光模塊市場空間：預計2026年超過170億美元

2020年全球光模塊市場規模80億美元，未來五年預計穩步增長。根據LightCounting預測，2016-2018年光模塊行業增長平緩，2019年後光模塊升級加速，尤其2020年受疫情和新基建政策催化，電信和數通市場需求強勁，全年光模塊市場規模為80億美元，同比增長23%。預計到2026年，全球光模塊市場將超過170億美元，2021-2026年的五年CAGR為14%。

市場結構：數通市場成為光模塊需求的核心驅動

光模塊按應用場景可以區分為以下幾類。乙太網光模塊：主要用於數通市場，包括數據中心網路、運營商的城域網、骨幹網。光纖通道光模塊：主要用於數通市場，用於存儲和高性能計算網路。光互連光模塊：包括AOC，主要用於數通市場，用於短距離（20m以內的)機櫃內部的伺服器和TOR交換機互聯。CWDM/DWDM光模塊：用於各類光傳輸設備，包括數據中心互聯和運營商網路；無線前傳、無線（中）回傳：主要用於電信市場，用於電信運營商網路中的無線接入網。有線接入光模塊：主要用於電信市場，用於電信運營商網路中的點對多點光模塊。

三、光電晶元

光晶元分類和供應環節

光晶元是實現光電信號轉換的核心，光器件在性能提升、成本控制等方面很大程度上依賴於光晶元。光晶元可以按使用原理分為無源光晶元和有源光芯片，有源光晶元可以進一步按功能劃分為激光器晶元、探測器晶元、調製器晶元和放大器晶元，無源光晶元可以按功能劃分為PLC晶元、AWG晶元、光開關晶元等；光晶元也可以按基板（襯底）材料劃分為磷化銦（InP）、砷化鎵（GaAs）、硅基（Si）等。光晶元的原材料包括襯底材料、電子特氣、光刻膠、濕電子化學品等。

激光器晶元：光發射組件核心

激光器晶元按發光類型可分為面發射晶元（VCSEL）和邊發射晶元（FP、DFB、EML）。VCSEL，即垂直腔面發射激光器（Vertical-Cavity Surface-EmittingLaser），其激光垂直於頂面射出，與一般用切開的獨立晶元製成，激光由邊緣射出的邊射型激光（EEL）有所不同。

高速率光晶元：國產化率很低

國內高速率光晶元嚴重依賴進口，與國外產業領先水平存在一定差距。 25G及以上速率屬於高速率光晶元，目前由歐美日領先企業佔主導，如Oclaro、Avago、NeoPhotonics具備50G EML晶元能力，DFB和VCSEL激光器晶元大規模商用的最高速率已達到50G，Finisar、AAOI、Oclaro具備50G PAM4 DML晶元的能力。

VCSEL：非通信領域應用廣泛

除光通信外，VCSEL主要應用領域包括消費電子以及激光雷達。（1）光通信方面：由於850nm的氧化物限制型的VCSEL具有低閾值電流、較高的弛豫振蕩頻率等優點，在高速數據傳輸以及光通信中有望廣泛應用；（2）消費電子方面：VCSEL常作為紅外光源用於3D成像與感測應用，可分為3D結構光（常用於人臉識別，如iPhoneFaceID）及飛行時間技術（ToF，在AR/VR領域有較大應用需求，如iPhone 12後置D-ToF Lidar）；（3）激光雷達方面：多結VCSEL技術的出現，充分發揮其高功率、高效率、高斜率、集成難度低、可靠性高、低功耗等方面的優點，在高性能全固態、遠程汽車激光雷達的應用中具有重要意義，有望替代EEL成為未來激光雷達主流激光器。（報告來源：未來智庫）

四、光器件

光器件：光模塊的重要組成部分，起到光信號處理的重要功能

光器件指的是應用在光通信領域，利用光電轉換效應製成的具備各種功能的光電子器件，細分領域眾多。按照工作時是否發生光電轉換分類，可分為光有源器件和光無源器件兩大類，前者需要電源驅動，後者無需電源驅動。

光器件：工藝經驗、對光學系統的理解是核心競爭力

工藝經驗的積累、對光學系統的理解以及精密、精益加工製造能力是光器件行業核心競爭力。光器件種類多樣，產品品質來源於工藝經驗的積累、對光學系統的理解以及精密加工製造能力。以天孚通信為例，得益於公司多年積澱並持續改善的工藝技術，保障了產品製造的尺寸精度、生產質量和生產效率。例如公司對陶瓷套管的精密加工可以達到1μm以下的尺寸精度；對光收發介面組件所需的不鏽鋼零件的精密加工可以達到5μm以下的尺寸精度；擁有高精度貼合，金絲鍵合技術能力，自動化貼片設備精度可達±0.5um。

光器件競爭格局：格局分散，廠商規模小，行業收購兼并頻發

光器件競爭格局：無源光器件市場和有源光器件的中低端領域處於完全競爭階段，高端有源光器件領域處於相對完全競爭狀態。國內光器件廠商多，競爭格局整體較為分散，受限於單個細分市場規模小，多數光器件廠商收入規模小。主要因為光器件定製化程度高，生產需要較多人工，較難形成規模效應，大部分廠商聚焦於個別品類，廠商營收超過10億元企業較少。

趨勢1：光器件向光引擎形態演進

什麼是光引擎？光引擎指的是光電轉換功能中負責光信號處理的部分。根據天孚通信公司公告，高速光引擎是在高速發射晶元和接收晶元封裝基礎上集成了精密微光學組件、精密機械組件、隔離器、光波導器件等，實現單路或者多路並行的光信號傳輸與接收功能。光引擎不僅可以用傳統分立式元器件來集成，也可以通過硅光技術來實現，硅光方案涉及的光器件產品包括隔離器、光學透鏡、微光學器件、FA產品、PM產品等。

趨勢2：光通信器件廠商跨領域布局，尋找新成長曲線

以全球光器件代工龍頭Fabrinet為例，其底層核心能力在於其精密機電製造服務能力和精密光學生產和封裝能力。公司的應用領域以光通信業務為主，依託在光通信市場積累的能力，積極向非光通信領域步擴張，包括工業激光、智能駕駛、醫療等領域。目前非光通信業務收入佔比約20%，根據公司CEO Seamus Grady表示，未來非包括工業、汽車和醫療在內的非通信業務收入有望佔到50%。

五、光學元組件

光學元件是光學系統的基礎，應用廣廣泛

光學元件組件是光器件光模塊的基礎。光通信行業常用的光學元件主要包括濾光片、偏振分束器、微透鏡、柱面鏡、窗口片、稜鏡、波片、反射片等。

除了光通信領域，光學元件廣泛應用於視頻及圖像等成像、傳像的光學系統中。光學元件是實現成像和傳像的基礎，由光學材料加工而成，包括各種球面、非球面、平面、異形的透鏡、稜鏡、反射鏡、濾光片、光柵等，發揮著反射、成像、分光、濾光、傳輸等作用；光學鏡頭及模組則是成像和傳像的核心，是各下游應用領域的「眼睛」，重要地位日益凸顯。同時，高功率光纖激光器的研發和產業化需要泵源、隔離器、合束器等光電子元器件的支撐，光電子元器件直接決定了光纖激光器輸出的激光功率水平和性能參數。

精密光學元組件技術成熟、定製化程度高、差異化競爭為主

光學元組件按照精度和用途可分為傳統光學元組件和精密光學元組件。傳統光學元組件主要應用在傳統照相機、望遠鏡、顯微鏡等傳統光學產品，精密光學元組件主要用於光學檢測儀器、醫療設備、激光器、建築測繪、軍用設備等。精密光學元組件具有高精度、高性能的特點，在生產技術、生產工藝以及設備等方面與傳統光學元組件存在較大差異。精密光學元組件產業鏈附加值相對較低，中低端產品受勞動力成本影響較大，目前生產企業主要集中在中國大陸以及部分東南亞國家。

新興市場：智能駕駛推進，汽車電子領域大有可為

汽車智能化增加車載攝像頭、激光雷達等感測器，光學元件/組件有望受益。隨著汽車智能駕駛逐步發展，車載感測器搭載數量、種類逐步增多，其中車載攝像頭、激光雷達已成為核心感測器：車載攝像頭已成為智能汽車標配，據ICV數據，2021年全球單車攝像頭平均配置數量為2.3顆，前裝車載攝像頭總量將達約1.65億顆，預計2026年將達3.7億顆，市場規模達到306億美元。根據BOM成本，車載攝像頭中光學鏡頭、濾光片等光學元/組件成本佔比約20%，另據舜宇光學，2021年其光電產品毛利率約10-15%，由此估計，2026年車載攝像頭對應光學元/組件（濾光片與車載鏡頭）市場規模超50億美元。