光庫科技-稀缺半導體光電器件商鈮酸鋰調制器芯片及器件打開成長空間-20211102（20頁）.pdf

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1、在光網絡傳輸中，電光調制器是必不可少的器件。電光調制器的主要作用是將輸入電信號調制加載到輸出光信號上，而實現這一作用的核心原理是電光效應，即當把電壓加到電光晶體上時，電光晶體的折射率將發生變化，結果引起通過該晶體的光波特性的變化，從而實現對光信號的相位、幅度、強度以及偏振狀態的調制。從電光調制器制備的角度，當前主要有三大技術方案，鈮酸鋰性能優勢明顯，能夠充分滿足傳輸距離長、容量大的需求。根據材料不同，分為硅基方案、磷化銦(InP)方案和鈮酸鋰(LiNbO3)方案三種。比較來看，鈮酸鋰方案具有高帶寬、低插損、高可靠性、較高消光比、工藝成熟等優點，是高速器件中佼佼者，能夠充分滿足傳輸距離長(100

2、 公里以上)、容量大(100G 以上)的需求，當前其在 100G/400G 相干光通訊網絡中已經有非常廣泛的應用。而受材料性質所限，例如，硅基方案中的插入損耗高、存在溫漂等問題，因而主要應用在短距離。類似地，磷化銦方案主要是通過犧牲一定的參數從而在中短距離傳輸中替代鈮酸鋰。從應用角度，在流量爆發式增長提升傳輸距離和容量要求的大背景下，相干光傳輸技術開始從骨干網下沉，廣泛應用于相干光通信領域的鈮酸鋰調制器有望迎來較大的發展機遇。諸多因素共同推動了流量爆發式增長，當前，公有云的快速發展，數字化轉型加速企業上云，高清視頻、直播等大流量場景為流量的高速增長提供了確定性。未來，隨著 5G 與 AI、大數

3、據、物聯網、人工智能等技術深度融合，將觸發更多 To B 端和 To C 端的新型應用場景，從而進一步打開流量長期增長的空間。流量爆發式增長對數據傳輸提出了更高要求，推動了相干光傳輸技術的技術迭代與應用領域拓展，在傳統通信領域，相干技術從過去的骨干網(>1000km)下沉到城域網(1001000km)甚至邊緣接入網(<100km)，數據中心領域，相干技術已經成為數據中心互聯的主流方案(80120km)。技術下沉為相干光調制器帶來了重要的發展機遇。從當前傳統體材料鈮酸鋰方案的行業格局來看，整體呈現寡頭壟斷的態勢。鈮酸鋰系列高速調制器芯片及器件產品設計難度大，工藝較為復雜，有著很高的技

4、術門檻。因而目前全球范圍內僅有三家主要供應商可以批量供貨達到電信級標準的鈮酸鋰調制器，除光庫科技(2019 年收購Lumentum 的鈮酸鋰高速率調制器生產線)以外，另外兩家分別為日本的富士通(Fujitsu)和住友(Sumitomo)，兩家的產能較為穩定，鈮酸鋰業務的營收占比很小，其他廠商因工藝限制而沒有能滿足電信傳輸要求的產品。當前，在商用領域應用成熟的鈮酸鋰調制器為傳統的體材料鈮酸鋰調制器，雖然相較之硅基調方案和磷化銦方案具有性能優勢，但其也存在一定的不足。1)首先，性能提升空間來看，受限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應，傳統鈮酸鋰基電光調制器的信號質量、帶寬、半波電壓、插入損耗等關鍵性能

5、參數的提升逐漸遭遇瓶頸，并且與 CMOS 工藝不兼容;2)其次，尺寸問題，在要求端口密度越來越大的情況下，需要光器件的尺寸變得越來越小。對于傳統鈮酸鋰調制器來說，很難在不增加調制器臂長度的情況下減小調制電壓，因而這一矛盾限制了鈮酸鋰在更小及更高要求的下一代 100G 以上網絡中的應用;3)然后，成本及價格問題，鈮酸鋰調制器價格書數倍于磷化銦調制器，因而給了磷化銦調制器在中等傳輸距離場景下的替換空間。鈮酸鋰調制器，其不僅充分繼承了體材料鈮酸鋰的優勢，同時還在在多方面提供了顯著改善。一方面，薄膜鈮酸鋰調制器在性能和性價比上得到新的提升，既保留了鈮酸鋰調制器原有的優越光學性能，又使帶寬獲得突破，并且其尺寸顯著變小，解決了體材料鈮酸鋰體積較大難以集成的問題，可以實現高度集成。同時尺寸的減小也使得將單位面板傳輸密度大大提高，成本方面收獲了可觀的下行空間。