光库科技-稀缺半导体光电器件商铌酸锂调制器芯片及器件打开成长空间-20211102（20页）.pdf

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1、在光网络传输中，电光调制器是必不可少的器件。电光调制器的主要作用是将输入电信号调制加载到输出光信号上，而实现这一作用的核心原理是电光效应，即当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性的变化，从而实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。从电光调制器制备的角度，当前主要有三大技术方案，铌酸锂性能优势明显，能够充分满足传输距离长、容量大的需求。根据材料不同，分为硅基方案、磷化铟(InP)方案和铌酸锂(LiNbO3)方案三种。比较来看，铌酸锂方案具有高带宽、低插损、高可靠性、较高消光比、工艺成熟等优点，是高速器件中佼佼者，能够充分满足传输距离长(100

2、 公里以上)、容量大(100G 以上)的需求，当前其在 100G/400G 相干光通讯网络中已经有非常广泛的应用。而受材料性质所限，例如，硅基方案中的插入损耗高、存在温漂等问题，因而主要应用在短距离。类似地，磷化铟方案主要是通过牺牲一定的参数从而在中短距离传输中替代铌酸锂。从应用角度，在流量爆发式增长提升传输距离和容量要求的大背景下，相干光传输技术开始从骨干网下沉，广泛应用于相干光通信领域的铌酸锂调制器有望迎来较大的发展机遇。诸多因素共同推动了流量爆发式增长，当前，公有云的快速发展，数字化转型加速企业上云，高清视频、直播等大流量场景为流量的高速增长提供了确定性。未来，随着 5G 与 AI、大数

3、据、物联网、人工智能等技术深度融合，将触发更多 To B 端和 To C 端的新型应用场景，从而进一步打开流量长期增长的空间。流量爆发式增长对数据传输提出了更高要求，推动了相干光传输技术的技术迭代与应用领域拓展，在传统通信领域，相干技术从过去的骨干网(>1000km)下沉到城域网(1001000km)甚至边缘接入网(<100km)，数据中心领域，相干技术已经成为数据中心互联的主流方案(80120km)。技术下沉为相干光调制器带来了重要的发展机遇。从当前传统体材料铌酸锂方案的行业格局来看，整体呈现寡头垄断的态势。铌酸锂系列高速调制器芯片及器件产品设计难度大，工艺较为复杂，有着很高的技

4、术门槛。因而目前全球范围内仅有三家主要供应商可以批量供货达到电信级标准的铌酸锂调制器，除光库科技(2019 年收购Lumentum 的铌酸锂高速率调制器生产线)以外，另外两家分别为日本的富士通(Fujitsu)和住友(Sumitomo)，两家的产能较为稳定，铌酸锂业务的营收占比很小，其他厂商因工艺限制而没有能满足电信传输要求的产品。当前，在商用领域应用成熟的铌酸锂调制器为传统的体材料铌酸锂调制器，虽然相较之硅基调方案和磷化铟方案具有性能优势，但其也存在一定的不足。1)首先，性能提升空间来看，受限于铌酸锂材料中的自由载流子效应，传统铌酸锂基电光调制器的信号质量、带宽、半波电压、插入损耗等关键性能

5、参数的提升逐渐遭遇瓶颈，并且与 CMOS 工艺不兼容;2)其次，尺寸问题，在要求端口密度越来越大的情况下，需要光器件的尺寸变得越来越小。对于传统铌酸锂调制器来说，很难在不增加调制器臂长度的情况下减小调制电压，因而这一矛盾限制了铌酸锂在更小及更高要求的下一代 100G 以上网络中的应用;3)然后，成本及价格问题，铌酸锂调制器价格书数倍于磷化铟调制器，因而给了磷化铟调制器在中等传输距离场景下的替换空间。铌酸锂调制器，其不仅充分继承了体材料铌酸锂的优势，同时还在在多方面提供了显著改善。一方面，薄膜铌酸锂调制器在性能和性价比上得到新的提升，既保留了铌酸锂调制器原有的优越光学性能，又使带宽获得突破，并且其尺寸显著变小，解决了体材料铌酸锂体积较大难以集成的问题，可以实现高度集成。同时尺寸的减小也使得将单位面板传输密度大大提高，成本方面收获了可观的下行空间。