行业市场前景与需求 - AI算力需求激增推动800G光模块成为AI数据中心主流配置，预计2024年全球800G模块出货量约800万只，2025年预计增至2000万只左右 [1] - 1.6T模块预计将从2024年的270万只增至2025年的420万只，全球光模块市场规模将达235亿美元 [1] - 作为光模块核心器件的光芯片市场规模随之增长，预计到2030年全球光芯片市场规模将超过110亿美元，年复合增长率达20%以上 [1] - 中国25G以上高速光芯片国产化率仍处于较低水平，整体市场存在巨大替代空间 [1] 主流光芯片技术路线：EML与VCSEL - EML（电吸收调制激光器）融合了DFB激光器和电吸收调制器功能，拥有低成本、低频率啁啾、高调制速率和长距离传输等特点 [2] - EML单芯片结构可使光模块体积缩小40%，是单模光模块的主流光芯片 [2] - EML芯片通常采用磷化铟衬底，工艺要求高，导致单颗成本较高，尤其在单波速率超过100G后制造成本难以下降 [2] - VCSEL（垂直腔面发射激光器）是目前多模光模块的主流光芯片，其光斑呈对称圆形，发散角低至10°以内，便于高效耦合 [2] - VCSEL具有高速调制、高电光转换效率、预期寿命长、可密集排列成二维阵列等优点，其激光线宽较窄（0.35nm），波长对温度漂移较小（0.06nm/℃），阈值电流较低（0.1mA），功耗也较低 [3] - 长波长（1310nm、1550nm）VCSEL因输出功率不足和制造工艺复杂等问题尚未大规模应用，其DBR反射率需达99.99%，且存在热管理、技术壁垒、可靠性验证及成本等问题 [3] 高速率时代的技术挑战与新技术趋势 - 随着数据中心进入400G/800G及更高速率时代，传统多通道方案面临技术壁垒攀升、功耗增加等挑战，产业需求激发了对新光芯片集成技术的开发 [4] - 新技术方向主要包括硅光芯片、薄膜铌酸锂芯片、Micro LED光子芯片等 [4] 硅光集成技术 - 硅光集成是基于硅基衬底，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，可实现光元件的单片集成 [5] - 在800G、1.6T等高速率场景下，硅光芯片能够整合调制器和无源光路，降低制造成本，并形成更短的内部互连、更低的传输损耗和更高的带宽密度 [5] - 硅光技术可利用CMOS晶圆厂设备进行晶圆级批量制造，降低制造复杂度与成本，被认为是下一代光芯片的主流发展方向之一 [5] - 预计硅光技术在光模块市场份额将从2025年的30%左右提升至2030年的60% [5] - 硅光芯片面临的主要技术难点包括：激光器需作为外置光源耦合，对激光器的功率、耦合效率、工作温度要求高；载流子色散效应引起调制带宽受限；以及大规模集成和可靠封装等问题 [5][6] 薄膜铌酸锂技术 - 薄膜铌酸锂调制器具有超大带宽（>100GHz）、超低半波电压和优异的线性度，相比硅光调制器可大幅降低功耗 [7] - 铌酸锂晶体具有高居里温度（~1140℃）、良好的稳定性，适用于恶劣环境 [7] - 薄膜铌酸锂在1550纳米波长下折射率高，光束限制能力出色；透明窗口范围宽（350纳米至5550纳米）；电光系数高达31皮米每伏特，可实现快速电控 [7] - 该技术可实现器件尺寸缩小至微米级，半波电压-长度乘积低至<2.5V·cm，功耗显著降低，并支持大规模光子集成 [8] - 结合其非线性效应，薄膜铌酸锂是未来量子通信、量子计算和量子传感的理想材料 [8] - 薄膜铌酸锂可与硅基工艺兼容，通过键合技术实现混合集成，“硅基底+铌酸锂薄膜”的混合集成技术被认为是未来光芯片发展的一大趋势 [8] Micro LED光芯片技术 - Micro LED光芯片技术目前较为前端，尚未进入实际应用验证环节 [9] - 其核心是利用Micro LED低功耗、低成本、高可靠性的优势，通过“数量”堆叠弥补“速度”不足，属于多通道低速方案 [9] - 该方案每通道速率仅2Gb/s，通过同时布局400通道来实现800G通信要求，被称为“慢但宽”光通信方案，整体功耗可控 [9] - 技术瓶颈在于高带宽器件开发、高效算法配套以及巨量转移良率等芯片制程及成本问题，距离商业化尚远 [9] - 随着Micro LED在显示领域的技术突破与发展，有望同步推动其在光互连领域的发展 [10]