干货 深化了解光模块工业链及各类光器材在其间的重要运用

　　板块，全方位服务于数据中心及电信商场，并着力为通讯芯片商、器材商、设备商、工程商、运营商、互联网等企业建立专业渠道。

　　光模块（Optical Modules）作为光纤通讯中的重要组成部分，是完结光信号传输过程中光电转化和电光转化功用的光电子器材。

　　光模块作业在OSI模型的物理层，是光纤通讯系统中的中心器材之一。它首要由光电子器材（光发射器、光接纳器）、功用电路和光接口等部分组成，首要效果便是完结光纤通讯中的光电转化和电光转化功用。

　　发送接口输入必定码率的电信号，经过内部的驱动芯片处理后由驱动半导体激光器（LD）或许发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，经过光纤传输后，接纳接口再把光信号由光勘探二极管转化成电信号，并经过前置扩大器后输出相应码率的电信号。

　　跟着数字化年代的到来，互联网职业的快速开展，网络通讯设备职业的开展也在逐步加快。光模块作为网络设备的重要组成部分，也在不断创新和开展。

　　2023年，跟着5G年代的到来和数字化转型的加快推进，高速光模块商场将持续扩展。未来，高速率光模块将成为光模块商场的一个重要添加点。

　　未来，光模块将会朝着更高的集成度方向开展。光模块的集成化将成为未来光模块职业的一个重要趋势。经过进步集成度，能够大幅减小光模块的体积和功耗，进步光模块的功用和安稳性。因而，集成光模块将会成为未来光模块职业的一个重要开展方向。

　　智能化是未来技能的重要开展方向，光模块职业也不破例。未来，光模块将不只仅是简略的数据传输设备，而是具有更强壮的智能化才能。例如，经过智能化技能完结网络故障的主动检测和主动修正，完结更快速、更安稳的网络衔接。未来的光模块的智能化开展将会进一步进步网络通讯设备的智能化水平，满意更多的运用需求。

　　另一个光模块职业的趋势是模块光纤化和数字化。这个趋势的布景是，现在的光纤网络日益遍及，光模块与光纤之间的匹配变得越来越重要。光模块厂商不只要供给高速率和高容量的光模块，还要供给与各种光纤类型匹配的光模块，这也就需求模块的光纤化和数字化。

　　模块的光纤化意味着在模块内部嵌入光纤，使光模块能够更好地匹配光纤，然后进步传输功率和削减损耗。数字化则是指将模块中的信号数字化，进步信号的安稳性和可靠性，一起也更易于信号的处理和传输。

　　总归，光模块职业的开展趋势涉及到许多方面，包含高速率、高容量、光纤化、数字化和绿色环保等。

　　“东数西算”工程驱动光通讯工业链的开展，有用改进时延问题，进步数据传输质量。光通讯器材依照物理形状的不同，工业链能够分为光组件、光芯片、光器材（无源和有源）、光模块、光通讯设备。而光模块作为光通讯工业链的中游，在“东数西算”工程中承当信号转化使命，可完结光信号的发生、信号调制、勘探、光路转化、光电转化等功用。光通讯将赋能 千行百业，商场前景较大。

　　依据赛迪参谋数据，工业链赢利率方面看，网络运维等价值量尽管较大，但全体赢利率 较低；职业首要赢利会集于光芯片等科技含量较高的环节中。现在我国高端光芯片厂商相对 较少，相关国产企业首要会集于光模块中。

　　依据Yole数据，我国光模块厂商全球市占率逾越 40%，其间上市公司中以中际旭创（电信为主）、光迅科技（数 通为主）及新易盛（电信+数通商场）份额居前列；依据 Lightcounting 数据，估计 2022年后，100G光模块尽管仍是需求的干流类型，但跟着海外云厂商本钱开支的不断进步， 200G/400G/800G 硅光模块估计将持续进行职业迭代，高速率光模块出货量或将大幅进步。

　　“东数西算”工程驱动光模块需求量添加。此工程具有长间隔运送、数据中心密度进步、 算力要求高的特色，带来光模块需求放量，一起也进步对光模块速率的要求。依据信通院数据， 估计随“东数西算”项目的推进，光模块商场规划有望进一步翻开。

　　跟着 5G、云核算、大数据、物联网等新一轮技能的商业化运用，用户对光通讯网络的带宽提出了更高的要求，光电子器材职业技能正处于晋级改造阶段，带动光模块职业向高速率化、集成化、智能化方向开展。

　　1）数据中心的开展推进数通光模块商场迅速开展。数据流量及数据交汇量的添加推进数通光模块商场的开展，数据中心商场扩容推进数通光模块商场的开展。

　　2）5G 网络的商业化运用推进电信光模块商场快速开展。5G 技能推进电信光模块商场的开展，5G 商场持续扩容推进电信光模块商场的开展。

　　3）光纤接入推进光模块商场快速开展。光纤接入商场持续扩容推进光模块商场的开展，光纤晋级改造推进光模块新一轮开展。

　　4）新式工业的开展带来光通讯商场的开展潜力。以第五代通讯网络、物联网、云核算、大数据、智能电网等为代表的新一代信息技能，正成为下一轮经济开展的重要推进力气，消费电子、主动驾驶、工业主动化等范畴会伴跟着技能改造而全面迸发。在消费电子范畴，伴跟着超高速率、超大容量、海量衔接的新一代技能的开展，音频视频、在线D 感应、虚拟现实、智能穿戴工业将快速开展，消费电子年代有望全面迸发。在主动驾驶、工业主动化范畴，5G 技能的超低时延、海量衔接的特色，为完结 4G 技能无法完结的主动驾驶、工业主动化供给了或许。现在，消费电子、主动驾驶、工业主动化等新式工业还处于前期开展阶段，跟着新一代信息技能的加快演进及运用，有望迎来全面迸发。光模块作为通讯范畴的根本构成单元，有望同步迎来迸发式添加。

　　据FROST&SULLIVAN核算，全球光模块商场规划从 2015 年的75. 1亿美元添加到2020年的 105.4亿美元，年复合添加率约为 7.0%，估计至2024年有望到达 138.2亿美元。其间数通商场的增速高于电信商场，数通商场光模块商场规划由 2015 年的 31. 5 亿 美元添加到了2020年的 54.2亿美元，年复合添加率为14.5%，占比由2015年的 41.9%提 高至 2020 年的 51.4%。因为下流 5G 网络和数据中心的建造需求将持续添加，电信 商场和 数通商场的光模块将持续添加，数通商场获益于数据中心建造，增速更快，电信商场受制于电信运营商自身的开展战略，对光模块的需求相对安稳。估计至2024年全球光模块在数通商场、电信商场的运用份额分别为 61%、39%。

　　估计至2026年全球光模块商场规划达209 亿美元。据Yole核算，2020年全球光模块商场 规划达96亿美元，其间电信商场43亿美元，占比45%，数通商场53亿美元，占比5 5%。跟着5G商用年代的降临，在高数据速率模块运用、大型云服务和国家电信运营商推 动的驱动下，光模块商场将进入新的添加周期，据Yole猜测2026年光模块商场发生的收入有望到达209亿美元，2020-2026年的全体复合年添加率估计为14%；其间电信商场收入规划为58亿美元，2020-2026年复合年添加率为5%，数通商场收入规划为151亿美元，2020-2026年复合年添加率为19%。

　　光通讯一般指光纤通讯，即以光作为信息载体的通讯办法，是现代通讯的支柱之一，首要运用为电信网络范畴和数据通讯/云核算范畴。

　　光通讯(Optical Communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输前言的通讯办法。比较于传统的电通讯，光通讯具有巨大传输带宽、极低传输损耗、较低本钱和高保真等优势，光通讯系统作为信息根底设施，在国际上得到了充分开展和很多运用。光通讯工业链能够分为上游光学资料与器材、中游光模块与设备、下流事务运用。整个光通讯工业链从资料及元器材制作开端，由光通讯资料与根底元器材厂商制作晶体、芯片等元件，再经过激光器、勘探器等制作商将各类根底元器材与芯片整合为光模块；继而由通讯设备厂商将各种光器材与模块集成为通讯设备；终究电信运营商等收购通讯设备进行组网作业，为终端用户供给通讯服务。

　　光模块的功用是进行光电和电光的转化，是光通讯设备最重要的组成部分，光模块是光通讯的中心环节，也是光国际与电国际的互连通道。

　　光模块由发送单元、传输单元和接纳单元三部分组成。发送单元输入必定功率的电信号，经过内部驱动芯片处理后由驱动激光器或许发光二极管发射出相应功率的调制光信号，并经过光纤进行传输，接纳端再把光信号由光勘探二极管转化成电信号，并经过前置扩大器后输出相应功率的电信号。

　　光模块职业的上游包含光芯片、光器材、电芯片等构成。光器材职业的供货商较多，但高端光器材现在仍首要由国外供货商供给。光模块职业下流首要是包含电信运营商、互联网及云核算企业等，光模块产品的运用范畴涵盖了互联网服务、电信商场等职业。

　　跟着数字经济、光纤入户场景的不断拓宽，光通讯器材产品下流需求越来越高。别的，跟着流量添加和技能晋级，各类场景对中游制品光模块的速率要求不断添加，光模块产品速率进步趋势明显，迭代也不断加快，为满意日益添加的光通讯器材需求，我国已逐步构成了完善的光模块工业链系统。

　　光模块遵从芯片—组件(OSA)—模块的封装次序。激光器芯片和勘探器芯片经过传统的TO封装构成TOSA及ROSA，一起将配套电芯片贴装在 PCB，再经过精细耦合衔接光通道和光纤，终究封装成为一个完好的光模块。新式的首要运用于短距多模的COB选用混合集成办法，经过特别的键合焊接工艺将芯片贴装在PCB上，选用非气密性封装。光模块的上游首要为光 芯片和无源光器材，下流客户首要为电信主设备商、运营商以及互联网&云核算企业。因而，光模块具有广泛和不断添加的商场空间。

　　光模块速率可分为1Gbps、2.5Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、50Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps等类型。按速率商场分层，低速率光模块需求量最大，可用于宽带用户、服务器、企业网络接入；越高速率光模块需求量越小，首要用于运营商、数据中心的长间隔通讯。现在100G/400G高数据速率光模块需求的不断添加将协同带动QSFP、QSFP-DD、OSFP光模块商场的添加。

　　按光纤接入类型光模块可分为单模光模块和多模光模块。多模光模块的传输间隔较短，一般在500米至2000米，单模光模块的传输间隔较远，一般在10千米至160千米。

　　跟着信息技能工业的快速开展，数据流量的快速添加，对光模块的功用目标要求越来越高，数据速率、传输间隔、功耗、体积成为重要的考量目标。现在光电元器材朝着高速率、宽频谱、小损耗、低功耗、高灵敏度、短时延、弱非线性、高集成度、小尺度、低价格、硅光子的方向不断完善。

　　光模块现在首要运用商场包含数通商场、电信商场和新式商场，其间数通商场是光模块增速最快的商场，现在已逾越电信商场成为榜首大商场，是光模块工业未来的干流添加点。电信商场是光模块最先发力的商场，5G建造将大幅拉动电信用光模块需求，新式商场包含消费电子、主动驾驶、工业主动化等商场，是未来开展潜力最大的商场。

　　光模块下流首要运用于电信承载网、接入网、数据中心及以太网三大场景。电信承载网和接入网同归于电信运营商商场，其间波分复用(xWDM)光模块首要用于中长距电信承载网，光互联(Opitcal interconnects)首要用于骨干网中心网长距大容量传输，而接入网商场是运营商到用户的“终究一公里”，包含光纤到户无源光网络(FTTH PON)、 无线前传(Wireless)等运用场景。数据中心及以太网商场首要包含数据中心内部互联、 数据中心互联(DCI)、企业以太网(Ethernet)等场景。

　　依据 LightCounting猜测，2018年全球光模块商场规划约60亿美元，其间电信承载网商场规划17亿美元，每年以15%的速度添加，接入网商场规划约12亿美元，年添加率约 11%，而数据中心和以太网商场规划已达30亿美元，未来5年复合添加率达19%。

　　✳数据中心商场（数通商场）：首要运用服务器/架顶交换机/中心交换机等设备，依据Yole猜测，2020~2025年CAGR将逾越25%。

　　光芯片是光模块中完结光电信号转化的直接芯片，又分为激光器芯片和勘探器芯片。激光器芯片发光根据激光的受激辐射原理，按发光类型，分为面发射与边发射:面发射 类型首要为VCSEL（笔直腔面发射激光器），适用于短距多模场景；边发射类型首要为FP(法布里-珀罗激光器)、DFB(分布式反应激光器)以及EML(电吸收调制激光器)， FP适用于10G以下中短距场景，DFB及EML适用于中长距高速率场景。EML经过在DFB的根底上添加电吸收片(EAM)作为外调制器，现在是完结 50G 及以上单通道速 率的首要光源。勘探器芯片首要有 PIN(PN 二极管勘探器)和 APD(雪崩二极管勘探 器)两种类型，前者灵敏度相对较低，运用于中短距，后者灵敏度高，运用于中长距。

　　电芯片一方面完结对光芯片作业的配套支撑，如 LD(激光驱动器)、TIA(跨阻扩大 器)、CDR(时钟和数据恢复电路)，一方面完结电信号的功率调理，如MA(主放)，另 一方面完结一些杂乱的数字信号处理，如调制、相干信号操控、串并/并串转化等。还有 一些光模块具有DDM(数字确诊功用)，相应的带有 MCU和EEPROM。电芯片一般配 套运用，干流芯片厂商一般都会推出针对某种类型光模块的套片产品。

　　发射端，电信号经过CDR、LD等信号处理芯片完结信号内调制或外调制，驱动激 光器芯片完结电光转化;接纳端，光信号经过勘探器芯片转化为电脉冲，然后经过 TIA、 MA 等功率处理芯片调幅，终究输出终端能够处理的接连电信号。光芯片和电芯片协作 作业完结了对传输速率、消光比、发射光功率等首要功用目标的完结，是决议光模块性 能体现的最重要器材。经过眼图剖析能够衡量光模块的首要功用目标，包含起伏安稳度、 码间搅扰、消光比、抖动过冲和噪声等。

　　光芯片首要是处理光信号和电信号之间的转化，而电芯片首要是对光芯片的配套支撑、电信号功率调理和杂乱的数字信号处理。

　　现在干流的光芯片为DFB（分布式反应激光器芯片）、DML（直接调制激光器芯片）、EML（电吸收调制激光器芯片）、VCSEL（笔直腔面发射激光器芯片）等。

　　DFB激光器适用于中长间隔通讯。DFB根据FP的根底，现在是最常用的直接调制激光器，首要运用于1310nm、1550nm波段数据通讯，广泛运用于数据中心、城域网及接入网。

　　EML是DFB与EAM（电吸收调制器）的集成激光器芯片，与直接调制的DFB激光器比较，EML具有功率高、窄线宽、宽波长调谐规划等传输优势。

　　DML相较于EML来说其优势在于体积小，本钱低，功耗小。根据此，DML更适用于数据中心的运用，而EML适用于电信级的运用。

　　VCSEL在通讯范畴首要运用于850nm波段数据传输，广泛运用于数据中心和接入网。跟着VCSEL在苹果手机3D传感的运用打破，未来VCSEL有望广泛运用于消费电子、工业、轿车、医疗等新式范畴。

　　光模块芯片具有极高的技能壁垒和杂乱的工艺流程，因而是光模块 BOM本钱结构 中占比最大的部分。光芯片的本钱占比一般在40%-60%，电芯片的本钱占比一般在10%-30%之间，越高速、高端的光模块电芯片本钱占比越高，但规划优势能够添加收购的议价才能。

　　光模块的作业原理：发射端，电信号经过CDR、LD等信号处理芯片完结信号内调制或外调制，驱动激光器芯片完结电光转化。

　　接纳端，光信号经过勘探器芯片转化为电脉冲，然后经过TIA、MA等功率处理芯片调幅，终究输出终端能够处理的接连电信号。

　　光芯片和电芯片协作作业完结了对传输速率、消光比、发射光功率等首要功用目标的完结。

　　TOSA发射光组件：完结电/光转化，首要包含激光器、MPD 、TEC 、隔离器、Mux 、耦合透镜等器材，有TO-CAN 、Gold-BOX 、COC（chip on chip) 、COB(chip on board) 等封装方式。对运用在数据中心的光模块，为了节约本钱，TEC 、MPD 、隔离器都不是必备项。Mux也仅在需求波分复用的光模块中。此外，有些光模块的LDD也封装在TOSA中。

　　ROSA是光接纳组件 ：完结光/ 电转化，首要包含PD/APD 、DeMux 、耦合组件等，封装类型一般和TOSA 相同。PD 用于短距、中距的光模块，APD 首要运用于长距光模块。

　　电子陶瓷基板资料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻等优异功用、是光模块气密性封装的首选资料，因而电子陶瓷外壳广泛运用于光器材气密性封装，别的，非气密性封装光模块的激光器也需求陶瓷基板。

　　光模块是进行光电和电光转化的光电子器材。光模块的发送端把电信号转化为光信号，接纳端把光信号转化为电信号。光模块依照封装方式分类，常见的有SFP，SFP+，SFF，千兆以太网路界面转化器（GBIC）等。

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