硅光模块行业市场前景及投资研究报告：AI驱动高成长物理结构产业链

AI驱动高成长，从物理结构和产业链视角拆解硅光投资机会——硅光模块行业深度报告2025年12月3日核心结论引言：2025年以来，受益于AI算力需求持续增长，光模块行业维持高景气。一方面，硅光光模块凭借高集成度、低能耗、低成本的优点，逐渐受到终端客户认可，另一方面，在EML方案原材料短缺下，硅光方案成为重点产能供给补充。本篇报告是我们光模块系列报告第一篇，从硅光技术视角，重新梳理光模块结构件及产业链核心环节，拆解硅光投资机会。行业评级前次评级评级变动超配超配维持硅光技术概况、产业节奏及发展趋势：硅光集成技术是以硅基衬底材料作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光计算等领域的实际应用。当前硅光技术处于发集成与应用阶段，更高速率、更高集成度、先进封装及更广阔的应用领域是未来发展趋势。硅光原理及结构件拆解（物理结构视角）：1）激光器：负责将电信号转化成光信号，外置CW光源为主流方案，未来异质键合技术将成为片上激光器主流方案。2）调制器：当前硅基衬底为主，MZM为主流方案，薄膜铌酸锂调制器在3.2T时代有望大规模应用。3）探测器：硅基锗探测器为主流方案。4）其他无源器件：如（解）复用器、谐振腔等。5）电芯片：如DSP、TIA、Driver等。近一年行业走势通信沪深30068%56%44%32%20%8%硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）：上游为核心物料，具体看：1）硅光芯片：设计与代工分离，设计由北美厂商主导，第三方（如Sicoya、Acasia）和光模块厂商（如中际旭创）亦有自研；晶圆代工环节工艺壁垒高、国内自主性较差，产能集中在Tower

Semi、GF和台积电。2）CW光源：主要材料为InP，InP主要供应商为住友电工和AXT，国内CW光源供应商主要为源杰科技（绑定旭创）、仕佳光子，部分EML企业亦有布局。3）DSP：主要由博通、Marvell设计，台积电负责代工。中游为光模块封装，代表企业如中际旭创、新易盛，中游偏制造业逻辑，优质企业在订单侧和客户合作紧密、份额占比高，在产能侧产能规模领先，且在规模化的同时能保持较好的良率和较稳定的产品性能。下游为系统集成商或终端客户。-5%-17%2024-112025-032025-072025-11投资建议：技术升级上，率先进入硅光光模块大批量量产的公司有望享受行业加速期的高毛利，以及受益于行业份额的巩固和聚拢。供需关系上，头部硅光模块厂商有望得到供应链端的供应优先保障，核心物料如硅光芯片、CW光源等环节的厂商相对表现通信1个月-0.110.633个月

12个月有望加速一步参与，建议关注：中际旭创（已覆盖）、新易盛。2）衬底与外延：关注异质集成（包括材料、技术、应用等）和磷化铟材料供应商，建议关注：住友电工、AXT。3）硅光晶圆代工：关注产能规模与扩张、产能分配，以及的可能性，建议关注：Tower

Semi、GlobalFoundries、台积电、

。4）CW光源：关注行业供需错配下的投资机会、产能扩张，实现份额突破。各环节核心关注：1）硅光芯片设计：关注光模块厂商对硅光芯片设计环节的布局和进26.2712.1256.5513.71及释放节奏，建议关注：源杰科技（已覆盖）、仕佳光子。5）硅光光模块：关注率先规模化和技术领先的公司，或带来相关公司的盈利能力明显提升，建议关注：中际旭创（已覆盖）、新易盛、剑桥科技、天孚通信（已覆盖）、光迅科技等。沪深300风险提示：光模块需求不及预期；光模块产能扩张不及预期；原材料供应风险；国际政治摩擦风险；技术发展不及预期。资料：Wind，西部证券研发中心201

硅光技术概况、产业节奏及发展趋势02

硅光原理及结构拆解（物理结构视角）目

录CONTENTS硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）投资建议0304什么是硅光技术？CMOS工艺：CMOS

（Complementary

Metal

Oxide

Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺的本质是n沟道MOS管和p沟道MOS管组合一起使用，并且彼此称为对方的负载电阻，从而在工作时实现省电的目的。它是当今集成电路制造的主流技术，大部分IC芯片，包括大多数数字、模拟和混合信号IC，都是使用

CMOS技术制造的。CMOS工艺技术自1963年由Wanlass和Sah提出以来，已发展成为半导体制造的主流工艺技术。随着硅的局部氧化工艺、离子注入技术、光刻技术等关键技术的不断发展和改进，CMOS工艺得以广泛应用，并遵循摩尔定律，持续缩小特征尺寸，提高集成度。硅光集成技术：硅光集成技术是以硅基衬底材料作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光计算等领域的实际应用。图：CMOS晶管体图：硅光模块外观与分立式模块较为类似，同为可插拔的形态图：加工完后的硅光芯片图片资料：发烧友研习社公众号，东方财富网，今日头条，半导纵横网，电子工程世界网，电子技术应用网，中国光学期刊网4，西部证券研发中心传统光模块发展瓶颈•

空间与集成度限制：在高密度部署场景下，传统光模块的尺寸限制了其在数据中心的扩展能力。例如，QSFP+等紧凑型封装在高带宽需求下难以满足空间要求，限制了单机架交换容量的提升。•

带宽瓶颈及“功耗墙”痛点：随着数据速率从400G向800G、1.6T迈进，传统光模块需要并行的激光器和探测器数量增加，导致功耗和体积线性增长。电互联的损耗和串扰也变得越来越严重，形成带宽瓶颈和“功耗墙”。•

成本与制造复杂性：传统光模块的制造涉及多个分立器件的组装与测试，工艺复杂且成本较高。随着速率的提升，传统方案的制造成本难以有效控制，限制了其在大规模部署中的应用。•

供应链瓶颈：传统光模块光芯片等核心器件依赖进口，国产化率较低，导致供应不稳定，影响量产。图：数据中心光模块发展趋势图：2019-2029年VSCEL、EML、硅光总出货量（百万个）资料：中国信息通信技术研究院，今日头条网，合明科技网，易天·光通信网，智能传感器网，西部证券研发中心5硅光方案优势：高效能、低成本，有望成为高速光模块发展方向硅光方案相较于传统EML方案，在功耗、集成度和成本上具有显著优势。同时，硅光技术通过片上集成波导和光耦合结构，简化了多通道数据传输的物理架构，适用于数据中心短距传输和高密度部署场景。•

高集成度：基于硅基CMOS工艺，将激光器、调制器、波导、光电探测器等光电器件单片集成于单一硅芯片，组件数量大幅减少，体积缩小。•

低成本：1）相较于III-IV族材料，硅在自然界中丰度优势显著，成本远低于III-IV族材料；2）通过集成化设计减少封装工序，组件与人工成本下降；3）外置激光器方案具有成本优势（集成度高，需使用的CW光源数量小于EML数量）。•

低功耗：高密度集成减少了分立器件之间连接的损耗；且不需要TEC来管理温度和性能、降低功耗。表：传统方案、硅光方案和EML方案对比表：800G单模光模块与硅光模块成本对比维度传统方案硅光方案EML方案800G单模光模块800G硅光模块DFB:直接调制VCSEL:

直接调制外部CW激光器

+硅基

DFB激光器

&EAM调核心原理器件/芯片DSP*1单价（美元）价值（美元）器件/芯片DSP*1单价（美元）价值（美元）调制器

(外调制)制器单片集成

(外调制)90118908832901589030321.共性问题:

直接调制啁啾大2.DFB:带宽有限(≤50G

Baud)3.VCSEL:与多模光纤搭配，模态色散导致距离极短(<100m)100G

EML*8Driver2

+TIA2CW(100mW)*2Driver2

+TIA21.光源依赖外部集成2.调制器性能与功耗权衡1.成本高2.技术壁垒极高性能瓶颈光器件(TOSA/ROSA)---6055硅光芯片---5050PCB/结构件/壳等其他PCB/结构件/壳等其他传输距离短距中长距中长距系统级成本低

(规模效应、封装简化)原材料成本总和325原材料成本总和252成本结构主要市场芯片成本低芯片成本占据主导人工及加工费总成本--85人工及加工费总成本--75VCSEL:

机柜内DFB:

5G前传、接

数据中心短距互联

(AI集

DCI、城域网、长途骨入网

群内、机柜间)干网410327在特定低成本、固定速率场景中

短距高速市场的性能和

长距高速传输的性能唯一选择总价(35%毛利率)总价(35%毛利率)​不可替代性-631-503仍占一席之地成本最优解​资料：观研报告网，今日头条，搜狐网，腾讯云开发者社区，《化合物半导体》，唯锐科技官网，西部证券研发中心6硅光加速渗透的拐点判断：客户对硅光方案接受度提升，EML原材料短缺下硅光方案作为重点产能供给补充需求侧来看，一方面AI发展拉动光模块整体需求提升，一方面下游客户因硅光方案综合性价比（性能、价格、产能供应）较优，对其接受度提升。供给侧来看，•EML原材料供应短缺。EML的核心是在磷化铟衬底上，通过复杂的外延生长，一次性集成激光器（DFB）和电吸收调制器（EAM）。高纯度、低缺陷的单晶InP锭制备难度极大，需要高压液封直拉（LEC）法等特殊工艺，良率控制难度和成本远高于硅晶圆，供给相对紧缺。衬底环节，全球仅少数几家公司（日本住友电工、美国AXT（中国子公司：北京通美晶体）、美国American

Elements等）能稳定提供通信级高品质InP衬底，形成了天然寡头垄断格局。外延片环节，技术壁垒较高，需要在InP衬底上精确生长出数十层、每层仅几纳米厚的不同材料（如InGaAsP/InGaAlAs）量子阱结构，Coherent、Lumentum和日本三菱电机垄断。•国内厂商纷纷推出硅光解决方案。中际旭创2025Q3实现归母净利润31.37亿元，同比增长124.98%，其1.6T光模块通过英伟达认证，出货量有望持续增长；新易盛同期归母净利润达23.85亿元，同比增长205.38%，通过收购Alpine强化硅光芯片自研能力，1.6T产品在25Q4至2026年将处于持续放量的阶段。产业节奏：硅光技术的发展可以分为4个阶段，当前处于第2阶段。➢

第1阶段，硅基器件逐步取代分立元器件，即将硅作为光通信底层器件，并达到工艺的标准化水平。➢

第2阶段，集成技术从耦合集成向单片集成演进，实现部分集成，再通过不同器件的组合，把这些器件集成不同的芯片。➢

第3阶段，光电一体技术融合，实现光电全集成化。把光和电都集成起来，可实现更加复杂的功能。➢

第4阶段，硅光技术实现可编程芯片。这一阶段器件能够分解为多个硅单元排列组合，矩阵化表征类。该种通过编程来改变内部结构的芯片，可自定义全功能。资料：《数据中心光模块技术及演进》，电子发烧友网、今日头条网，智能传感器网，新易盛2025年三季报及投资者关系记录表，中际旭7创2025年三季报及投资关系记录表，西部证券研发中心未来趋势：更高速率、更高集成度、先进封装及更广阔的应用领域我们认为速率、功耗、成本仍将驱动光模块行业迭代发展，未来硅光技术主要有四大发展趋势：1）更高速率：当前业内400G方案已基本成熟，800G已批量出货，1.6T已量产，3.2T已有产品问世，未来硅光技术将继续向高速率迭代。2）更高集成度：当前混合集成为主流方案，未来单片集成有望商用。3）光电共封装：2025年3月，NV推出全球首个1.6T共封装光学系统，采用新型微环调制器；目前业内对CPO方案认可度较高，未来CPO有望拉动硅光渗透率提高。4）更广阔的应用领域：除最主要、最直接的数通市场外，硅光有望在光计算、光存储、电信市场发挥重要作用，同时，硅光亦为医疗诊断、汽车、航空及工业领域传感应用的理想选择。图：硅光未来发展趋势图：光子集成元件增长趋势资料中心：Yole，芯语网，国装智库公众号，OFweek

光通讯网，光学工程公众号，光通信PRO公众号，华工科技微视界公众号，西部证券研发8主流光子集成材料：SOI、InP、SiN、LNOI•硅光子学（SiPh）：硅是光子集成中最广泛使用的材料之一，尤其适用于数据中心和电信应用。虽然硅本身发光效率低，但其在调制和探测等功能的集成上具备优势。硅光子学常与

III-V族材料结合，用于混合或异质集成光源。常用的衬底为SOI（绝缘体上硅），一般分衬底硅、氧化硅和顶层硅三层；氮化硅以及氧化硅也是常见的波导材料：氮化硅有更宽的光学带隙（通过改变N/Si比例，带隙在2.7-5eV），其传输波长在400nm-中红外，且具有低损耗波导特性，常用于传感、量子计算及其他光学损耗敏感的特殊应用。在部分混合设计中，氮化硅亦可与硅光子学共同集成；氧化硅工作在可见光-中红外波段，常用于制备低损耗的波导器件，其与光纤耦合损耗也较低。••磷化铟（InP）：磷化铟是制备有源光子器件（尤其是激光器和放大器）的首选材料，因其支持直接发光。它允许在单一芯片上单片集成激光器、调制器和探测器等元件，减少复杂组装工序。基于磷化铟的PICs因长波长（1.3至1.55微米）操作下的高效性能，广泛应用于电信和高性能数据通信领域。绝缘体上铌酸锂（LNOI）：铌酸锂因其优异的电光特性长期用于通信调制器。LNOI作为一种新型平台，通过将铌酸锂置于绝缘基底上，实现了性能优于硅调制器的紧凑型高速调制器。该材料正在高级数据通信和微波光子学领域探索应用。表：光子集成材料比较图：

SOI、InP、SiN、LNOI的应用材料晶圆尺寸SOI8或12英寸中等InP2-4英寸SiN8或12英寸LNOI6或8英寸晶圆成本产量高低高（可行的商业模式）高100Gb/通道:高200Gb/通道：中等不适用低中等中等中等早期商业化阶段低（快速改善中）不适用不适用良率（不足以满足大规模应用）固有光源光源光电探测器不适用不适用中等高高下一代应用受限（400Gb/通道）低调制器不适用非常高（满足下一代应用的需求）高波导损耗无源器件CMOS集成低紧凑是低紧凑不适用紧凑是庞大不适用最适合大规模集成以实现可制造性未来需克服众多挑战最适合高性能光源和探测器400Gb/通道的应用机会最适合极高带宽调制未来旨在超越SOI评价最适合医疗和传感应用资料：Yole，硅峰半导体有限公司官网，与非网，维美可金属科技有限公司官网，灵图量子网，西部证券研发中心9硅光集成：混合集成为当前主流，单片集成是未来趋势从工艺角度来看，硅光可以分成单片集成和混合集成。目前混合集成使用较广，但是单片集成性能更优，是未来发展趋势。➢

单片集成：将光子学组件直接集成到同一块硅芯片上，包括光源、光调制器、波导、耦合器等光学元件，从而形成一个紧凑的光学电路。单片集成方式的优势在于可以减小尺寸，提高集成度，降低制造成本。➢

混合集成：将硅芯片与其他材料的光学组件结合在一起，即将电子器件（硅锗、CMOS、射频等）、光子器件（激光/探测器、光开关、调制解调器等）、光波导回路集成在一个硅芯片上。其中，硅芯片主要负责电子部分的处理，而其他材料的光学元件则负责光的生成和调制。混合集成的优势在于可以利用硅芯片的电子器件和其他材料的优异光学特性，实现更高效的光通信和传感应用。目前来看，光器件如波分复用器、变换调谐器等已经可以实现单芯片集成，而光模块尚需要混合集成。图：硅光集成方案（混合集成vs单片集成）资料：

《数据中心光模块技术及演进》

，西部证券研发中心10硅光应用：当前主要应用于通信领域数通市场：叶脊二层架构下光模块需求量提升，硅光芯片替代潜力强。传统数据中心向新型数据中心升级的核心是将传统数据中心的三层网络架构升级为叶脊两层网络架构：叶脊架构下，数据中心互联场景可以分为数据中心之间、脊-核心、叶-脊、TOR-叶、服务器-TOR、服务器之间场景，除服务器与服务器间场景外其余场景互联均应用有光模块，叶脊架构所需的高速光模块数量远超传统三层架构，将极大提升对光模块的需求量。硅光芯片在数据中心互连领域具有巨大的替代潜力，尤其是在高速率、中长距离应用中。电信市场：逐渐成为硅光芯片重要应用领域之一。在电信随着5G/6G通信的普及，对网络带宽和传输速率的需求不断提高。高速通信网络市场长期以来由InP基光器件和模块主导，尤其是在长距离传输和高性能应用中。硅光芯片在城域网和部分骨干网应用中具有替代InP方案的潜力，尤其是在成本敏感型和高集成度要求的应用场景。在城域网应用方面，城域网对成本和功耗更加敏感，硅光芯片的优势更加明显。医疗诊断领域：硅光子学凭借快速、精准、易获取的特性，正重塑诊断工具格局。它能提供紧凑、经济且高性能的传感器解决方案，适用于即时检测、生化分析等场景。同时，基于硅光子学的拉曼光谱、红外光谱系统，因非侵入性优势，可分析生物样本分子组成，助力代谢疾病、感染等病症检测。目前该领域市场规模可观，相关企业如

Genalyte

已推出商业化医疗应用产品，未来在免疫测定等细分领域仍有广阔拓展空间。汽车

ADAS

与机器人车辆领域：应用于激光凑节能的激光

方案，还能探索

FMCW

激光、数据传输。在激光集成上，它可实现激光源、调制解调器、探测器的单芯片集成，打造紧技术，减少干扰并提升测距精度。在数据传输方面，硅光子学的芯片级光互连可满足自动驾驶系统海量传感器数据的高速低延迟传输需求。行业对成本降低、性能提升和多功能集成的关注，推动硅光子学在高级驾驶辅助和机器人车辆领域的技术落地与商业化，多家车企和科技企业也在通过投资或合作加速其在自动驾驶技术中的应用。航空航天与自主系统领域：硅光子学技术革新了光纤陀螺仪（FOGs），这类陀螺仪对航空航天、导航和自主系统的精确旋转感应至关重要。硅光子学打造的陀螺仪（如

SiPhOG）体积更小、功耗更低，性能优于传统

MEMS

传感器，具有更好的稳定性、更低的漂移和更高的精度，在GPS

信号缺失环境下的自主车辆导航中优势显著。其在工业领域的自主无人机、建筑设备、农业机械等场景也展现出吸引力，凭借高精度和可靠性满足行业对传感技术的严苛要求。气体传感与电子鼻领域：硅光子学推动了气体传感和电子鼻解决方案的升级，使其更灵敏、紧凑且经济高效。通过片上集成可调激光器，可实现对特定气体或

VOCs

的高选择性检测；利用光学微谐振器与

VOCs

的相互作用，能精准检测特定物质，适用于食品质量、空气质量监测乃至医学诊断（如呼气分析检测糖尿病相关

VOCs）。尽管目前仍是小规模市场，但在消费应用领域的大规模应用机会正在被挖掘。硅光芯片在量子计算和量子通信领域也展现出一定的应用潜力。硅材料具有低损耗、高折射率等特性，可以用于构建量子光子芯片，实现量子比特的操控和量子信息的传输。硅光芯片在量子计算和量子通信领域还处于极早期的研发阶段，市场规模不确定性高，但长期潜力巨大。资料：Yole，智研咨询公众号，思瀚产业研究院，网易新闻网，中国日报网，搜狐网，今日头条网，中国科学院半导体研究所，电子发烧11友网，半导体芯科技网，西部证券研发中心01

硅光技术概况、应用前景、产业节奏及发展趋势02

硅光原理及结构拆解（物理结构视角）目

录CONTENTS硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）投资建议0304硅光器件与产品主要可分为三个层次：硅光器件、硅光芯片和硅光模块硅光器件与产品主要可分为三个层次：硅光器件、硅光芯片和硅光模块。1）硅光器件：包括激光器（负责将电信号转化成光信号）、调制器（负责将光信号带宽提升）、探测器（负责将光信号转化成电信号）、波导（负责光信号在硅基材料上传输）、光栅耦合器（负责与对外连接的光纤对准降低插损）等，是实现各种功能的基本单元；2）硅光芯片：将光发送集成芯片、光接收集成芯片、光收发集成芯片、相同功能器件阵列化集成芯片（探测器阵列芯片、调制器阵列芯片等）等若干基本器件进行单片集成；3）硅光模块：进一步将光源、硅光器件/芯片、外部驱动电路等集成到一个模块，包括光发送模块、光接收模块和光收发一体模块等，是系统级的硅光产品形态。传统光模块和硅光模块比较：基于CMOS制造工艺进行硅光模块芯片集成是硅光模块最大的特点。传统光模块通常由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成，采用分立式结构，制造过程中需要依次封装电芯片、光芯片、透镜、对准组件、光纤端面等器件，部件物料较多。硅光模块所使用的硅光子技术是利用CMOS工艺进行光器件的开发和集成，基于CMOS制造工艺进行硅光模块芯片集成便是硅光模块最大的特点。硅光模块芯片通过硅晶圆技术，在硅基底上利用蚀刻工艺加上外延生长等加工工艺制备调制器、接收器等关键器件，以实现调制器、接收器以及无源光学器件的高度集成。硅光子器件不再需要ROSA和TOSA封装，由于其高度集成的特性，硅光模块将核心价值都集中在了硅光芯片上，外围变得极其简单，只剩下一个光纤阵列（FAU），用于将光纤与硅光芯片连接起来。图：分立式光模块与硅光模块对比（1.6T可插拔）硅光子模块需要更少、更便宜的激光器来提供与分立式模块相同的带宽资料：Marvell，wind万得公众号，光电汇OESHOW公众号，西部证券研发中心13硅光器件一览：激光器、调制器、探测器➢

硅基激光器：硅基激光器指集成在以硅为衬底的光芯片上的激光器。常用的硅基激光器按照结构可分为VCSEL芯片、分布式布拉格反射激光器（DBR）芯片、分布式反馈激光器（DFB）芯片和电吸收调制激光器（EML）芯片，制作材料主要以III-V族半导体材料为主。对于III-V族激光器与硅光芯片的耦合，主流设计方案主要有片上倒装焊集成、异质键合集成和直接外延生长集成。异质键合集成和直接外延生长集成是未来实现硅光大规模生产的可行方案。➢

硅光调制器：硅光调制器指集成在硅光芯片上的调制器。硅光调制器集成度高、消光比较高、损耗低、驱动电压小，但线性度差，因此目前业界多使用混合集成调制器。通过异质键合、外延等技术，将成熟的铌酸锂调制器、lnP调制器等集成到硅基上，可实现微米级大小。➢

硅基光探测器：光电探测器将接收的光信号转变为电信号。由于硅对1.1μm以上的光波透明，单体硅无法制作探测器。目前集成在硅基片上的高频探测器主要有混合集成III-V族和硅锗混合探测器。前者耦合效率高、灵敏度高、响应快；后者性能优越，器件制备技术与CMOS工艺兼容，更适合大规模集成。就硅光技术在通信设备中的具体应用而言，目前除了激光器外，光模块中大部分器件的制造都已实现，典型的如光波导、外调制器件、雪崩光电二极管（APD）接收器等。表：硅光方案和EML方案核心器件对比图：硅光模块外观与分立式模块较为类似，同为可插拔的形态功能EML方案硅光方案硅光方案优势外置CW激光器激光器EML（InP）InP/铌酸锂InGaAs成本低、功耗低，可多通道共用兼容CMOS，尺寸小，未来MRM更具潜力调制器探测器硅基MZM/MRMGe-Si异质集成成本低，兼容性好，响应度日益改善资料：华中科技大学武汉光电国家研究中心，芯语，光电查，电子工程世界网，西部证券研发中心14激光器：光发射组件核心，VCSEL、EML、CW光源为主流解决方案激光器LASER（Light

Amplification

by

Stimulated

Emission

of

Radiation，光放大受激辐射）是光通信系统的骨干。产生激光光需要三个基本组件：1）泵浦源（如电子或光子）；2）可被泵浦源激发的增益介质；3）形成光学谐振腔的镜面，允许光振荡和放大。图：激光系统基本组件•VCSEL（传统短距离解决方案）：垂直腔表面发射激光器VCSEL因其低成本和易于制造而传统上主导短距离光通信。VCSEL通常使用GaAs基板并在约850nm或940nm波长发射光，适用于300米以下的多模光纤。然而，当数据速率增加时，VCSEL面临局限。随着系统迈向要求每通道200G的1.6T传输速度，VCSEL由于其直接调制方法和固有带宽限制而难以维持信号完整性。•EML

（中长距离解决方案）：电吸收调制激光器EML将边发射激光器与电吸收调制器结合在紧凑的集成封装中。EML在1310

nm或1550

nm波长范围内工作，为中长距离传输提供优越性能。EML的主要优势在于能够分离激光和调制功能，与直接调制激光器相比，实现更高带宽和减少信号失真。调制器通过基于应用电压改变其吸收系数工作。图：VCSEL结构的横截面图表：基于发射类型和调制方法的激光器综合分类分类维度类型具体名称VCSELFP特性与应用面射型成本低，发光角度大、输出光场多模，限用于500m短距离场景，垂直于晶圆表面发射光内置布拉格光栅，对输出光进行更精准的滤波图：EML结构图发光类型边射型与DBR类似，窄线宽、高边模抑制率，有较大无跳模调谐范围，调谐系数一致，光谱特性均一，采用直接调制，用于传输网、无线基站、数据中心内部互联等DFB直接调制间接调制DMLEAM直接调制激光电流，简单但带宽有限调制方式作为EML的外调制器，通过控制电吸收芯片电压加载电信号到激光器输出光波上EML：由激光器与外调制器（如EAM）构成，采用外调制技术，提升寿命、稳定性、调制效率，降低啁啾，适合长距传输，成本高，用于高速远距骨干网、城域网、数据中心互联等资料：逍遥设计自动化公众号，光电查，电子发烧友网，西部证券研发中心15激光器：光发射组件核心，VCSEL、EML、CW光源为主流解决方案••CW光源：CW激光器是硅光模块采用的主要激光器方案之一。它可以为硅光模块提供连续的光信号，光功率保持不变，将调制功能剥离到硅光芯片上的调制器上，这样既可以降低激光器成本，也可以降低光模块的失效比例。与直接调制激光器不同，CW激光器发射恒定、稳定的光输出，通常具有较低的峰值功率和较高的平均功率，可以通过外部调制。➢

CW光源优势：稳定、具有更高带宽潜力、功耗更低。1）简化激光器设计，仅专注于稳定光生成；2）能够利用成熟的CMOS制造工艺生产调制器组件；3）通过优化调制器设计实现更高带宽潜力；4）相比集成EML解决方案消耗更低功率。➢

CW光源应用前景：CW光源的应用范围广泛，除硅光模块外，还有望应用在CPO和光互连等产品上。未来异质键合技术将成为片上激光器主流方案。目前硅基激光器的制作材料主要以

III-V

族半导体材料为主，包括锑化镓

(GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟

(InP)、硫化锌

(ZnS)等。因此如何实现Ⅲ-Ⅴ族激光器与硅光芯片的耦合是关键问题，主流的工艺方案有片上倒装焊集成、片上异质键合集成和片上直接外延生长集成。1）片上倒装焊将制作好的激光器倒装焊在已含有硅光器件的硅光芯片上，这种工艺成本低且比较成熟，但贴装的精度需求高、时间成本较大、集成度低。2）片上异质键合集成根据是否使用粘合剂分为直接键合和粘结键合，将没有结构的Ⅲ

-

Ⅴ族材料直接“贴合”在已加工好硅光器件的硅光芯片上，再将

III-V

族材料块体加工为激光器，这样制作的激光器发出的光可通过倏逝波耦合的方式高效耦合进硅光子回路。图：CW激光器相比脉冲激光器的连续、稳定输出资料：逍遥设计自动化公众号，光电汇OESHOW公众号，华辰芯光公众号，搜狐网，西部证券研发中心16调制器：硅基衬底为主，MZM为主流方案调制器光调制器负责将光信号带宽提升，硅光光模块主要采用硅基衬底的调制器，MRM为当前主流方案。集成在硅光芯片上的调制器叫硅光调制器。硅光调制器集成度高、消光比较高、损耗低、驱动电压小、但线性度差，因此目前大多使用混合集成调制器，通过异质键合、外延等技术，将成熟的铌酸锂调制器、InP

调制器、有机物调制器集成到硅基上，可以实现微米量级大小，调制效率优于全硅调制器。➢

根据调制机制，调制器可分为电光调制器和热光调制器，通信光芯片中一般使用调制速率更大的电光调制器。电光调制器是改变光信号强度、频率或相位的关键元件，完成从电信号到光信号的转换功能。➢

根据调制类型，调制器可分为内调制/直接调制和外调制，硅光模块中的电光调制属于外调制，即激光器的注入电流恒定，激光器输出连续光，调制信号加载到外调制器上，在电场的作用下，外调制器进行光强和相位的调制。➢

根据调制方案，硅光调制器可分为微环谐振腔调制器（

Micro-Ring

Modulator，MRM）和马赫曾德尔结构（Mach-Zehnder

Modulator

，MZM）两种，MZM为当前主流：1）MRM工作原理：电流输入改变波导折射率，引起微环谐振腔的谐振波长变化，从而对指定波长实现强度调制。2）MZM

工作原理：电致波导折射率变化后，不同的波导折射率使得

MZM结构两臂中的光束产生相位差，两束不同相位的光束合束后发生干涉，实现光强度调制。图：(a)

III-V

/Si

混合集成

MZM

调制器

(b)

微环调制器结构资料：MEMS公众号，光电汇OESHOW公众号，西部证券研发中心17调制器：薄膜铌酸锂在3.2T时代有望大规模应用薄膜铌酸锂具有大带宽优势，薄膜铌酸锂调制器有望随着单通道速率迭代，迎来快速发展。与磷化铟相比，薄膜铌酸锂在长距离/超长距离的产品封装上具有优势。它可以采用非气密封装，从而降低成本，而磷化铟则需要气密封装。在性能方面，薄膜铌酸锂对比硅光和磷化铟都有明显优势。铌酸锂薄膜调制器利用容性电极和石英衬底，同时实现低微波损耗和光电同步传输。容性行波电极不仅可以降低金属微波损耗，还可以降低微波速率，使光波和微波在调制区域以相同的速率传输，光和电达到完美匹配。当前800G主流方案包括DR8/SR8/

2FR4等方案。无论是单模还是多模方案，都使用单通道100

Gbit/s速率。向单波200/400Gbit/s速率演进时，薄膜铌酸锂的大带宽优势将更加突出。未来对于成本、功耗、性能等要求会越来越高，薄膜铌酸锂调制器凭借功耗、成本、性能等方面的优势，有望迎来快速发展。图：薄膜铌酸锂单通道速率表：调制器材料对比Vπ对功耗的影响插入损耗对功耗的影响达成HVM时间节点（年出货>100万颗PIC）技术平台HVM成本集成能力带宽可靠性产品速率6.4T32×200G6.4T硅基III-V族最低中等中等较低较低最佳与激光器单片集成较低充足较高极高高高中等低高低低低低已验证已验证已验证已验证待验证已实现已实现2024年2025年2026年3.2T1.6T薄膜铌酸锂钛扩散铌酸锂有机材料新工艺低800G400G新工艺极高低单通道速率时间50Gbps100Gbps2000Gbps400Gbps201920202021

202220232024202520252027VCSELEML硅光薄膜铌酸锂资料：光博会演示材料，Yole，中国光学期刊网，芯语网，科毅光通信有限公司官网，今日头条，西部证券研发中心18探测器：硅基锗探测器为主流方案光探测器用于将光信号转换为电信号，实现光电转换。当光照射到硅或其他材料制成的光电二极管时，光子被吸收并产生电子-空穴对，进而形成可测量的电流，完成光电转换过程。硅材料在通信波段（1310nm和1550nm）的吸收较弱，因此通常需要采用锗材料或III-V族半导体材料与硅集成，构建高效的光探测器。➢

锗硅探测器：通过外延生长或键合技术将锗材料集成到硅衬底上，利用锗材料在通信波段的强吸收特性实现光探测。Ge-Si光探测器由于具有带宽大、结构紧凑、CMOS工艺兼容等特性，更适合大规模集成，是现在的主流方案。➢

III-V族半导体探测器：将III-V族半导体材料（如InGaAs）与硅衬底集成，利用III-V族半导体材料的优异光电特性构建高性能探测器。这种方案可以实现更高的性能，但集成工艺相对复杂。图：硅基锗探测器结构与光纤耦合方案图：垂直p-i-n

Ge/Si光电探测器结构上为面入射探测器，下为波导耦合探测器，右侧对比端面耦合与垂直耦合效率资料：搜狐网，华辰芯光，光电汇公众号，西部证券研发中心19光波导&光栅耦合器光波导负责光信号在硅基材料上的传输。光波导用于将光源产生的光束，沿着特定路径导向到需要的位置，并在芯片内部传输信息；其核心原理是将光限制在由低折射率材料包围的高折射率区域（波导）内。常用的光波导有条型波导、脊型波导，其中条型波导结构简单紧凑，极限弯曲半径较小，主要用于一般的无源光器件；脊型波导具有较大的横向尺寸，能够以较低的耦合损耗与单模光纤进行端面耦合，被广泛使用在有源光器件中。此外，光波导还能对光进行一些简单的处理，如分光、耦合、谐振等，使光按照设计能够进行信息的简单筛选处理，常用的结构有Y分支、MMI耦合器、偏振耦合器、微环谐振器和光栅耦合器等。耦合器负责与对外连接的光纤对准降低插损，端面耦合为主流方案。硅基波导光学耦合技术主要用于解决硅基集成光电芯片上的光信号同外部光信号互连的问题，是硅基光电芯片封装的关键技术。实际应用中，单模光纤和光波导之间的高效耦合也是制约硅光子芯片规模化应用的一个难题。光波导中的模场尺寸通常小于1μm，单模光纤中的模场直径一般是8-10μm，两者模场尺寸间的差异导致了较低的耦合效率和较大的耦合损耗。通过设计不同结构、不同材质的光耦合器件，使片上硅波导的光模场同单模光纤的光模场耦合相匹配从而达到最优的光耦合效率。常用的光耦合器包括端面耦合器和光栅耦合器（垂直耦合），光栅耦合器是通过光栅的衍射效应把光耦合至光波导，优点是尺寸小、对准容差大，可以放置在芯片的任意位置，有利于晶圆级测试，但插损较大，仍处于实验室阶段；端面耦合采用

V型槽

+模斑转换器，损耗低至

<1dB，有利于规模化生产。表：常见波导结构图：中红外全刻蚀硅基光栅耦合器波导结构平面波导介绍平面波导是一种薄膜结构，由三层介质组成：中间层为高折射率材料，上下层为低折射率材料。光波在中间层内通过全内反射进行传播，这种结构适合制作平面结构的光集成部件，如激光器、调制器和光耦合器。条形波导具有矩形横截面，能够实现高效的光限制和传输，其设计需考虑波导宽度和高度对模式分布的影响。条形波导微环波导脊型波导微环波导是一种环形结构，常用于制作光学滤波器和共振腔，其设计需考虑环的半径和耦合区域的特性，以实现高品质因数（Q值）。脊型波导具有较大的横向尺寸，能够以较低的耦合损耗与单模光纤进行端面耦合，被广泛使用在有源光器件中资料：《High-performance

full-etchedfiber-to-chipgrating

couplers

at3.7-micron

wavelength

onsilicon》

，光电传感器测量公众号，光20电汇OESHOW公众号，

《Silicon

PhotonicsDesign》，西部证券研发中心其他无源器件&电芯片其他无源器件功能（解）复用器件负责将不同波长携带的多路数据合并或分开）。（解）复用器件是波分复用技术中实现不同波长携带的多路数据合并或分开的关键器件，是光通信中较为常规的光电器件。波分复用及解复用是将两种或多种不同波长的光信号，在发射端经过复用器合束后，合进同一根光纤中进行传输，然后在接收端，经解复用器将不同波长的光信号进行分离的技术。采用波分复用及解复用技术，可以拓展光互连的通信容量，并减少光纤的使用量从而降低成本。实现波分复用器件的基本原理是利用光束干涉。复用&解复用器谐振腔&滤波器谐振腔和滤波器都是对频率进行选择和控制的器件。谐振腔主要用于产生或增强特定频率的电磁波、光波或声波振荡（例如激光器中的光学谐振腔）；而滤波器则用于允许或阻止特定频率范围的信号通过，从而分离或滤除信号。它们的核心共同点是都具有频率选择特性。电芯片功能激光驱动器（Laser

DiodeDriver）驱动激光器发射一定频率激光。跨阻放大器（Transimpedance

Amplifier）配合探测器使用。探测器将光信号转换为电流信号，TIA将电流信号处理成一定幅值的电压信号。限幅放大器TIA输出幅值会随着接收光功率的变化而改变，LA的作用就是将变化的输出幅值处理成等幅的电信号，给CDR和判决电路提供稳定的电压信（LimitingAmplifier）号。时钟数据恢复（ClockandDataRecovery）第一是为接收器端各电路提供时钟信号；第二是对接收到的信号进行判决，便于数据信号的恢复与后续处理。PAM4编解码芯片完成模块内部的NRZ信号和PAM4信号转换。在发射方向，可将单板输出的NRZ信号整形放大后转换为PAM4信号。在接收方向，PAM4芯片通过ADC和DSP技术，可将PAM4信号解码成NRZ信号。PAM4

DSPDSP相干DSP的主要任务在于对模拟信号进行采样，量化，把模拟信号转换成数字信号，去除光纤链路中的色度色散，偏振模色散，完成载波频偏估计，载波相位恢复等功能。相干DSPMCU负责底层软件的运行、光模块相关的DDM功能监控及一些特定的功能。资料心：光电汇公众号，CSDN网，《50G

PAM4技术白皮书》，半导体芯TALK，成都倾澜通信科技有限公司公众号，西部证券研发中2101

硅光技术概况、应用前景、产业节奏及发展趋势02

硅光原理及结构拆解（物理结构视角）目

录CONTENTS硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）投资建议0304硅光产业链及标的图谱产业链环节地区中国公司列表中际旭创、羲禾科技、、易飞扬、新易盛、、陕西源杰半导体科技股份有限公司、SPIL、厦门市超光集成电路有限公司、Sicoya因特尔、博通、openlight、Si

Photonics、coherent、HYPER、PHOTONIX、skorpios、Quintessent、AyarLabs、CENCERA、3DBROADEX、Inphi、思科、英光子集成电路设计美国伟达、ClariPhy、LUXTERA、Kotura、Lumentum、Cloudlight、ALPINE、RANOVUS、国际商业机器公司、新飞通、Acacia、塞纳、Elenion、SPARCPHOTONICS、epiphany、AIO

CORE、PETRA、Acacia、Communications、Marvell其他中国美国其他中国美国其他中国Poet、scintil、dust

photonics、Newphotonics、迈络思、Caliopa

、TeraXion、诺基亚、富士通、日本电报电话公司、VLC

PHOTONICS上海新昇科技股份有限公司IntelliEPISoitec、信越化学VPECLand

Mark、AXTIQE、住友电工、JX

控股IMECAS、CUMEC、TSMC、UMC、三安光电SOI基板外延晶圆供应商因特尔、AMF、GlobalFoundries、AIM

Photonics、思科、Ultra

LowLoss、SKORPIOS、Coherent、Lumentum、SkyWater

Technology、博通、PETRA、CompoundTek、Cornerstone

Technology、SiPhotonICs

Technologies、LionX、Inphotec、LXTTowerSemiconductor、SilTerra、三星电子、日本电报电话公司、Leti、imec、新加坡科技研究局、VTT

Technical

Research

CentreofFinland、STMicroelectronics、Silex

Microsystems、Ligentec、CNIT、X-FAB、CNM、iHP、NewportWafer

Fab、AMO中际旭创、ASE

Holdings美国其他代工厂和晶圆厂中国美国其他封装Jabil、Coherent、博通、Lumentum、Icon

Photonics、BayPhotonics、AIMPhotonicsFabrinet、PhixPhotonicsAssembly中际旭创、光迅科技、Fast

Photonics、海信宽带、新易盛、华工正源、立讯精密

ICT业务板块、CIG、CreaLights、FiberTop、Mentech、中科通信、飞迈瑞克、飞依诺科技、阿里云Jabil、Lumentum、Source

Photonics、Coherent、Hyper

Photonix、Centera、Analog

Photonics、Marvell、Ciena、思科Sicoya、Fabrinet、Ranovus、富士通、Nokia、NTT、ADVA、Leoni、易飞扬、博创科技、通讯、亨通集团、中国收发器集成商美国其他中国美国中国美国其他中国美国中国美国其他设备

-数据通信设备设备

-电信设备AristaNetworks、DellEMC、思科、英伟达、因特尔、HPE、Juniper

Networks、通讯Ciena、Infinera诺基亚、富士通、NEC、Ericsson腾讯、字节跳动、阿里巴巴集团、百度亚马逊云服务、谷歌云、微软

Azure、Meta、Aurora、英伟达、思科运营商（客户）-

数据通信运营商（客户）-

电信中国联通、中国移动、中国电信、AT&T、Verizon通讯NTT、软银、ADVA资料：Yole，西部证券研发中心23产业链分工：海外主导研发及流片，国内引领封装环节上游：核心物料（PIC、CW光源、DSP等）图：2024年度全球TOP10光模块供应商榜单•

硅光芯片：设计、代工分离➢

芯片设计：由北美厂商主导，第三方（如Sicoya、Acacia）和光模块厂商（如中际旭创）自研。➢

衬底与外延：提供制造芯片的基础材料，如SOI晶圆等。材料质量直接决定硅光模块性能，高纯度、低缺陷是材料关键。➢

晶圆代工环节：在晶圆上通过光刻、刻蚀、沉积等工艺将设计版图转化为实体芯片（先流片、再小批量、再放量，流片是验证芯片设计功能可行性的关键步骤），该环节对工艺精度要求高、技术壁垒高，由Tower、GF、台积电主导，国内自主性较差。•

CW光源（IDM形式，设计、代工一体）：CW光源主要材料为InP，InP供应商主要为住友电工和AXT，国内CW光源厂商主要为源杰科技、仕佳光子；同时部分EML厂商亦有所布局，如海信（纳真科技）、索尔思光电（东山精密）。•

DSP：主要由博通、Marvell负责设计，台积电代工。表：2025年上半年全球前十大晶圆代工厂营收排名25Q2收入（亿美元）25Q1收入（亿美元）中游：封装25Q2市场份额25Q1市场份额排名企业名称•

封装和测试：将硅光芯片、电芯片、光纤、PCB等组件集成，并进行功能和性能测试。封装难度较大，需高精度光学对准，代表企业如中际旭创。12台积电（TSMC）三星（Samsung）（SMIC）302.3931.5922.0919.0316.8810.613.79255.1728.9322.4717.5915.8510.113.6370.2%7.3%5.1%4.4%3.9%2.5%0.9%0.9%0.8%0.8%67.6%7.7%6.0%4.7%4.2%2.7%1.0%0.9%0.9%0.9%3•

硅光设备：为芯片制造和封装提供工具和仪器，对精度和准确性要求高。4联电（UMC）5格芯（GlobalFoundries）华虹集团（Huahong

Group）世界先进（VIS）下游：系统集成商或终端客户6•

系统设备商：光模块配套交换机、服务器等主设备整体化解决方案交付，如Mellonox、思科。78高塔半导体（Tower）合肥晶合（Nexchip）力积电（PSMC）3.723.58•

终端厂商：如谷歌、亚马逊等云大厂直接向光模块公司采购。93.633.53103.453.27资料：lightcounting，TrendForce，ZAHER网，电子工程网，火山引擎网，激光制造网，中投网，西部证券研发中心24TowerSemi：全球领先的晶圆代工厂，硅光子领域积累深厚表：TowerSemi硅光子平台SiPh平台PH18DB220nm绝缘体上硅（SOI）砷化镓（GaAs）量子点（QD）激光器异质集成半导体光放大器（SOA）低损耗波导、光电探测器和调制器PH18DAPH18MA针对大规模制造优化与标准

CMOS工艺兼容，简化集成、降低成本低损耗硅和氮化硅波导锗

PIN二极管、雪崩光电二极管、基于

PIN二极管的移相器和马赫

-曾德尔调制器（MZMs）••••••••••异质集成的

DFB激光器及低损耗硅和氮化硅波导、锗PIN二极管、雪崩光电二极管、基于

PIN二极管的移相器和马赫

-曾德尔调制器集成224G

磷化铟（InP）基调制器•••数据中心和电信网络中的光收发器模块AI中的

xPU光互连等新兴应用••数据中心和电信网络中的光收发器模块基于

DR和

FR的数通设计，每波长

224G应用•适用于高