通信光互联行业：CW激光器重构全球光芯片产业格局，IDM模式构建产业链壁垒

执业证书编号：S1480518080001 投资摘要： 面对光互联行业硅光发展趋势，本篇报告详细研究激光器芯片技术原理，CW激光器在硅光产品中的功能定位与价值量，激光器芯片设计与制造难点，产业链壁垒等系列问题。我们认为，国内外企业最新CW激光器产品不存在代际差距，国产替代将重构全球光芯片产业格局。 技术路径分化趋势清晰，CW激光器成为硅光架构重要配置。数据中心下游scale up网络的发展，成为CPO/NPO等新兴光互联技术重要的应用场景；而CPO/NPO的规模化应用将驱动硅光架构有望成为光互联行业主流技术路径。对于硅光光互连产品，BOM结构重构，原有的分立调制器与大量无源光器件被集成为一颗硅光芯片（PIC），PCB与机构件也被大幅简化；由于硅材料本身发光效率低，难以直接实现高效光发射。当前外置CW（连续波）光源成为硅光光模块的主流方案。 激光器芯片市场增速陡峭，2030年市场或将超过200亿美元。Scaleup网络要求实现超高带宽、超低延迟。光互联成为支撑万亿级大模型与高实时性应用的关键解决方案。在此技术趋势下，全球激光器芯片市场规模或将由2024年的26亿美元增长至2030年229亿美元，年复合增长率为44.1%。其中数据中心领域贡献主要增量，2024年市场规模16亿美元，预计2030年达到211亿美元，年复合增长率高达53.4%。 CW激光器芯片功能定位：大功率分路供能，实现降本及简化封装。硅光模块所用的CW光源，是以大功率DFB激光器作为独立外置光源，单独配置在PIC之外，输出的连续光通过波导结构导入PIC，由硅光平台上的调制器完成信号调制。相比EML芯片，CW激光芯片由于专注于稳定光生成，无需集成调制器，设计难度有所降低。硅光架构下，用少量几颗大功率CW激光器“分路”供能，同样速率光模块产品所需激光器芯片数量将减少，尽管单个高功率激光器价值提升，但单个产品中的整体价值将有所下降，实现节省成本和简化封装。 CW激光器设计：材料特性与波导结构是性能优化的关键。在CW激光器芯片设计阶段，有源区材料体系的选择对激光器性能，尤其是高温性能，起决定性作用。目前有两种主流有源区材料：InGaAlAs（铝镓铟砷）和InGaAsP（铟镓砷磷）。InGaAlAs（铝镓铟砷）高温工作性能较好，但外延生长和后续工艺（特别是掩埋再生长）难度更大。除了有源区材料体系，光波导结构设计同样影响激光器性能。光波导制作利用光刻技术定义微米级光波导结构，以在激光器芯片内形成光传输通道。目前，掩埋型异质结（BH）和脊型波导（RWG）是业内两种主流的波导结构设计。脊型波导RWG制造较简单但光限制效率较低；埋入异质结构提供更好的光限制和更高输出功率但需要更复杂的制造步骤。 激光芯片制造价值链：外延生长与光栅工艺具有技术壁垒及产能瓶颈。现阶段，激光器芯片企业主要采用IDM垂直整合制造模式，价值链覆盖研发、晶圆制造、芯片加工、封装及测试等环节。IDM模式下，高端激光器芯片附加值较高，毛利率超过50%。外延生长是激光器芯片设计及制造的核心工艺。在生产制造中，每台MOCVD机器的每批产品都必须对每个客户和应用进行单独认证，这在扩大生产规模时形成显著的扩产瓶颈。光栅工艺同样是激光器芯片晶圆制造重要环节。电子束写入光栅图案一次只能写入一片，同样存在产能扩展瓶颈。 国内外企业同步研发高功率CW激光器芯片，不存在代际差距。现阶段激光器芯片市场头部企业主要为美日企业，包括Lumentum、Coherent、住友电工、三菱电机、博通五家公司。受益于中国政府及头部企业积极投资光芯片领域以及全球市场的高增长红利，中国光芯片产业迎来加速发展。为满足NPO及CPO等新型封装技术，国内外企业同步研发150mW、300mW及400mW型号在内的高功率CW激光器芯片，双方产品不存在代际差距。2025年海外厂商Coherent推出400mW CW激光器。从商业化节奏看，Coherent表示该产品在2025年进入工程样品阶段，并预计于2026年第三季度进入批量生产和全面供货。2025年国内头部企业源杰科技同样前瞻研发300mW等高功率的CW光源，产品性能处于良率优化阶段，达到国际先进水平。商业化进展方面，2026年该产品处于研发及客户验证阶段。 投资策略： 过往美日企业占据光芯片产业主要市场份额，但硅光架构为国内激光器芯片厂商提供弯道超车的机会。我们认为，国内光芯片企业有望受益于光互联市场总量增长、硅光架构CW激光器结构性机会、国产份额提升三重机遇，看好光互联激光芯片产业方向，相关标的： 光模块、CPO/NPO：中际旭创、新易盛、天孚通信、东山精密、华工科技、光迅科技； 光芯片：源杰科技、东山精密、仕佳光子、长光华芯、永鼎股份、兆驰股份、威腾电气。 风险提示：（1）光互联产品硅光渗透率提升缓慢；（2）高端CW激光器产品量产困难；（3）地缘政治与贸易管制风险。 目录 1.技术路径分化趋势清晰，CW激光器成为硅光架构重要配置...............................................................................................52.激光器芯片市场增速陡峭，2030年市场或将超过200亿美元............................................................................................73.技术概览...........................................................................................................................................................................103.1激光器芯片原理：半导体增益介质实现粒子数反转与受激辐射................................................................................103.2 CW激光器芯片功能定位：大功率分路供能，实现降本及简化封装..........................................................................153.3 CW激光器设计：材料特性与波导结构是性能优化的关键........................................................................................183.4激光芯片制造价值链：外延生长与光栅工艺具有技术壁垒及产能瓶颈.....................................................................254.国内外企业同步研发高功率CW激光器芯片，不存在代际差距........................................................................................315.投资建议...........................................................................................................................................................................346.风险提示...........................................................................................................................................................................34 插图目录 图1：数据中心光互联产业链.................................................................................................................................................5图2：硅光模块内部结构........................................................................................................................................................6图3：全球光互联市场规模预测（亿美元）...........................................................................................................................7图4：全球数据中心光互联市场规模预测（亿美元）.............................................................................................................7图5：全球激光器芯片市场规模预测（亿美元）....................................................................................................................8图6：EML与CW激光器芯片合计市场规模预测（亿美元）................................................................................................8图7：不同功率CW激光器芯片市场规模预测（亿美元）.....................................................................................................9图8：激光器示意图.............................................................................................................................................................10图9：原子与光子相互作用...................................................................................................................................................11图10：三能级系统...............................................................................................................................................................12图11：四能级系统..................................................................................................