隨著光電半導體產業的發展，作為產業鏈上游的核心元器件，光電子器件（光芯片）已經廣泛應用于通信、工業、消費等領域。

光芯片包括 CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、激光芯片等多種類型。如果按照是否發生光電信號轉化分類，光芯片可分為有源光芯片和無源光芯片兩類，有源光芯片包括發射芯片和接收芯片，無源光芯片包括光開關芯片、光分束器芯片等。下面主要分析一下有源光芯片，如激光芯片和光子探測芯片等的產業發展情況。

有源光芯片，特別是激光芯片，主要用于工業（高功率激光芯片）、通信（高速率激光芯片），另外，VCSEL 和硅光芯片處于成長期，未來有更廣闊的發展空間。

在光通信領域，光芯片是光模塊發射、接收組件的核心元器件，分別實現電信號向光信號、光信號向電信號的轉換，決定著光模塊的傳輸速率。在工業應用中，光芯片同熱沉、光束整形器件等組成光纖激光器、固體激光器的泵浦源，為激光器內的工作介質實現粒子數反轉提供能源。在消費類應用中，光芯片已廣泛應用于 3D 傳感（手機、汽車）等場景，以車載激光雷達為例，光芯片是發射端和接收端的核心器件，決定著激光雷達的探測距離、分辨率等關鍵性能。

與大規模集成電路已形成高度產業鏈分工相比，光芯片行業尚未形成成熟的設計-代工-封測產業鏈。國際頭部光芯片廠商，如 II-IV、Lumentum 等，多為 IDM 模式，之所以如此，主要原因在于光芯片主要采用特色工藝制造，其芯片制造技術門檻較高，且產線難以實現標準化，廠商采用 IDM 模式可以實現生產環節協同優化，同時滿足客戶多樣化的需求。

中國光芯片發展現狀

目前，中國本土的高功率激光芯片、部分高速率激光芯片（10G、25G 等）等已處于國產化加速突破階段，而光探測芯片、25G 以上高速率激光芯片剛剛起步，本土化還有較長的路要走。

廠商方面，中國本土光芯片企業主要關注工業/國防等高功率應用，這也是它們主要的營收來源，因此，在高功率激光芯片方面，本土企業具備與 II-VI、Lumentum 等國際大廠進行競爭的能力。但在光通信、消費類應用領域，與國際大廠差距較大，是下一步努力的重點。光通信市場空間廣闊，同時，光通信、VCSEL 等光芯片制造工藝與高功率激光芯片工藝復用程度較高，中國本土企業可以基于自身技術積累切入。

下面具體看一下中國本土企業在高功率激光芯片、光探測芯片、VCSEL 和硅光芯片方面的發展情況。

高功率激光芯片

美國和歐洲在高功率激光芯片方面的產業化起步較早，技術上具備領先優勢，傳統巨頭包括 II-VI、Lumentum、ams Osram、IPG 等。近些年，中國本土激光芯片技術不斷突破，相關產業處于快速發展期，主要廠商包括長光華芯、武漢銳晶、華光光電、度亙激光、深圳瑞波等。據長光華芯招股書測算，2021 年，長光華芯、武漢銳晶在國內高功率激光芯片市場中的份額分別為 13.4% 和 7.4%。

本土企業的產品力一直在提升，以長光華芯為例，該公司成立于 2012 年，成立之初研發出 13W 以上高亮度單管芯片，2019 年推出 15W 單管芯片，2020 年推出 18W、25W 單管芯片，2021 年實現了 30W 單管芯片量產，目前，其產品正在向更高功率水平持續迭代。

25G 及以下光芯片方面，我國已基本實現國產化，特別是在 10G 芯片方面，源杰科技等本土企業已在部分細分市場取得領先份額，但技術門檻較高市場仍依賴進口，25G 以上市場是國產化薄弱環節，據 IDC 統計，25G 光芯片的國產化率約為 20%，25G 以上的國產化率只有約 5%。近些年，中國本土企業在 5G 基站前傳光模塊用 25GDFB 激光芯片方面有所突破，用于數據中心的光模塊企業開始使用國產的 25GDFB 激光芯片。

長光華芯等公司已切入銳科激光、創鑫激光等頭部光纖激光器廠商供應鏈，推動對 II-VI、Lumentum 等海外廠商進口替代的步伐。未來，隨著國產更高功率產品的導入，以及新建產能的落地，有望加速國產份額提升步伐。

光探測芯片

光探測芯片廣泛應用于手機、光通信、智能家電（如掃地機器人）等應用場景，隨著車載激光雷達產業的快速發展，光探測芯片作為激光雷達接收端核心元器件，有望迎來新的發展機遇。

在技術方案層面，目前，APD 是主流方案，First-sensor、濱松和 Kyosemi 是行業前三廠商，三家市占率達到 45%。比 APD 更先進的技術方案是 SPAD/SiPM，對比 APD，SPAD/SiPM 具有更強的探測靈敏度，同時，SiPM 為陣列形式，更易于與陣列光源相匹配，且更易與 CMOS 工藝集成，從而降低成本。因此，SPAD/SiPM 有望成為激光雷達接收端芯片的未來發展方向。不過，SPAD/SiPM 技術難度大，進入門檻高，全球 SiPM 市場主要被安森美、濱松、博通等頭部企業把持著，合計市占率達到 83%。

目前，中國本土企業在光探測芯片領域的市占率較低，主要原因在于沒有完整的生產加工體系。中國在光通信用 APD/PIN 市場已實現國產化突破，相比之下，本土企業尚未在 SPAD/SiPM 市場形成量產能力。

據中國電子元件行業協會發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022 年）》統計，中國 SPAD 等光芯片發展高度依賴生產工藝及封裝測試，在 SPAD 領域做的較好的安森美，CIS/CCD 主要玩家佳能、索尼等國際大廠，擁有大批量封裝測試經驗和能力，然而，中國本土相關企業生產工藝還未成熟，且缺少本地優質代工平臺，在芯片流片加工方面嚴重依賴美國、新加坡、德國等國家的代工廠，再加上熟悉相關工藝的技術人員稀缺，造成關鍵技術發展緩慢、芯片研發周期較長、效率較低等局面。

不過，中國本土市場和相關企業也有自身優勢，與國外大廠相比，國內光探測芯片廠商在產品的定制化上有較好的靈活性，價格也有一定的優勢，未來，隨著在產品、技術上不斷突破，有望推進國產替代進程。

目前，中國本土企業對于光探測芯片方案的選擇較為分明。以光迅科技、光森電子、三安光電為代表的公司選擇傳統成熟的 PIN-PD、APD 方案，產品多應用于光通信，而以芯視界、靈明光子、阜時科技為代表的創業型公司則更多地選擇布局代表未來發展方向的 SPAD/SiPM 方案，而且，國產 SPAD/SiPM 產品已經開始應用于消費電子、激光雷達、AR/VR、醫療等領域。另外，還有中國本土企業在單項產品力上領先國際的案例，例如，靈明光子的產品在波長 905nm 處的單光子探測效率（PDE）達到 25%，超過行業平均水平（5%~18%）。

VCSEL

隨著 VCSEL 功率密度等關鍵性能持續提升，有望成為半固態/固態激光雷達發射端核心元器件。

與 LED、EEL 等光源相比，VCSEL 激光器具有許多優勢，例如量產成本低，波長穩定性高（溫漂小），易于二維集成，低閾值電流，可高頻調制，沒有腔面閾值損傷等。Yole 發布的相關報告顯示，自 2017 年蘋果在 iPhoneX 中引入 3D 傳感功能以來，VCSEL 在消費電子應用領域快速發展，主要應用逐漸由 850nm 器件的高速數據通信轉向 940nm 器件的 3D 傳感應用。

目前，國際大廠 Lumentum、II-IV 憑借技術優勢主導 VCSEL 芯片市場，據 Yole 統計，Lumentum、II-IV 兩家公司在 2021 年的市場合計份額超過 80%。生產模式方面，Lumentum 將外延環節外包，II-VI 自產外延片。

中國本土傳感應用類 VCSEL 芯片企業主要包括長光華芯、縱慧芯光、睿熙科技、檸檬光子、博升光電、瑞識科技等，大多數是創業型公司，VCSEL 芯片量產能力有限，與國際大廠之間還有明顯差距。不過，憑借后發優勢，這些中國本土企業正在努力趕上國際先進技術和產品發展腳步，并通過多種方式提升自身競爭力，例如，采用 IDM 模式，用以打造核心競爭力。

硅光芯片

硅光芯片是基于硅晶圓開發出的光子集成芯片，在尺寸、速率、功耗等方面具有獨特優勢，可廣泛應用于光通信、數據中心、醫療檢測、自動駕駛、國防等領域，其中，光通信是硅光芯片最主要的應用市場。

硅光芯片具有高集成度、低成本等特點，在光子集成化背景下，具有廣闊的發展前景。

目前，全球硅光技術及產業化領先的玩家主要包括英特爾、思科和 Inphi，近些年，思科、華為、Ciena、Juniper 等知名企業紛紛通過收購來布局硅光技術，Marvell、思科、諾基亞等斥資百億美元先后收購 Inphi、Acacia、Elenion 等硅光領域的創新企業。英特爾和臺積電都在大力開發硅光子制造工藝技術，已經形成較為完整的硅光芯片產業鏈。

中國在硅光芯片研究方面與國際先進水平處于同一起跑線，科研進展也相當，但在產業化發展和產業鏈配套建設方面，中國本土企業與國際大廠仍有差距。