2022年中国铌酸锂光调制器行业产业链全景、发展现状、竞争格局、行业壁垒、发展趋势分析[图]

一、铌酸锂光调制器行业定义及分类

 

电光调制的物理基础是电光效应，通过控制外电场来改变晶体折射率或双折射率，从而改变输出光波的相位或强度（振幅），通常称为相位调制和强度（或振幅）调制。相位调制不该变光的偏振态，只改变光的相位。强度调制是通过改变晶体的折射率，来改变光的偏振态，经过检偏器后，实现振幅调制。利用电光效应可以对透过介质的光束进行幅度、相位或频率的调制，构成电光调制器。

 

铌酸锂光调制器是铌酸锂材料制造的光调节器。铌酸锂光调制器，是利用铌酸锂晶体的电光效应制造而成的光调制器，是实现电光转换的关键元件。铌酸锂光调制器具有频带宽、响应速度快、插入损耗低、信噪比高、半波电压低、稳定性好等优点，是主流电光调制器产品之一，被广泛应用在光通信、光纤传感器、微波光子等领域，市场需求稳定增长。

 

根据波导结构，铌酸锂调制器可分为直线波导（相位调制器）、MZ干涉仪（强度调制器）、Y波导（应用于光纤陀螺）、双路MZ干涉仪（IQ调制器）。

铌酸锂调制器按波导结构分类

资料来源：公开资料整理

 

经过多国研究机构的不断努力，铌酸锂调制器一步一步地向着尺寸更小，速率更高，带宽更大，驱动电压更低的方向发展。从各个方向上对比不同铌酸锂调制器的性能。

不同材料的铌酸锂调制器性能对比

资料来源:公开资料整理

 

二、铌酸锂光调制器行业的发展历程

 

铌酸锂在电光调制方面的相关研究早在1979年就开始了，铌酸锂材料在光信号调制方面一直发挥着巨大的作用。

国外对铌酸锂调制器的研究起步早，许多研究机构对铌酸锂材料的研究已经持续了几十年，相关技术及理论基础领先很多，在铌酸锂调制器的生产应用及改良优化方面一直保持着世界前列的领先地位。

 

国内从80年代以来开始对LiNbO3 调制器进行研究，国内电子44所、清华 大学、上海交大、电子科技大学等单位积极开展了铌酸锂调制器的理论与实验研究。1996年清华大学报道了所研究的波长为1.55µm，3dB带宽为15GHz, 半波电压5.6v，消光比达21dB的高速电光调制器。电子44所在军工任务的推动下完成了6GHz带宽的调制器的研制工作，其光波导的传输损耗小于 0.5dB/cm，半波电压4.5v，消光比优于－20dB，插入损耗小于5dB。此外其他一 些单位分别从理论与工艺实验等方面进行了研究。

 

2015年，山东大学成功制作了基底为铌酸锂材料的铌酸锂薄膜，采用的是离子键合方法，同年在X切LNOI上使用质子交换方法制备出了相位调制器。

 

2017至2018年，哈佛大学的C.Wang研究组在此方向上陆续发表了多个成果，包括采用优化的氩离子刻蚀技术在LNOI上制备了传输低至0.03dB/cm的光波导，制作出了纳米级的铌酸锂调制器，且成品带宽达到15GHz，低半波电压的微环形谐振器和小型化马赫-曾德尔干涉仪组成的铌酸锂调制芯片等，证明了在这个方向上得到高性能的新型铌酸锂调制器的可行性。

 

2021年，Marko Loncar 课题组在之前工作的基础上，采用容性加载行波电极，在石英衬底的TFLN平台上实现了微波损耗降低约3倍的高性能调制器，再次打破了LNOI带宽-电压的上限。

 

富士通(Fujitsu)公司在2021年推出TFLN调制器，并聚焦130 Gbuad相干驱动模块，实现了调制损耗低、封装尺寸小、带宽可达到65 GHz。对比磷化铟调制器，TFLN调制器具有工作带宽更宽，温度敏感性更低的特点，通常支持C波段内宽带工作，且可以免除制冷器，从而降低成本和尺寸。

铌酸锂光调制器行业的发展历程

资料来源：智研咨询整理

 

三、铌酸锂光调制器行业发展环境分析

 

1、行业管理体制分析

 

行业由国家发展和改革委员会、工信部等行业主管部门进行宏观调控，并由行业协会进行自律管理。

 

国家发展和改革委员会主要职责为综合研究拟定经济和社会发展政策，对宏观经济运行、国家经济安全和总体产业安全提出政策建议，负责协调解决经济运行中的重大问题。

 

工信部是我国工业行业管理部门，其下属的国防科工局是军工行业主管部门。工信部的主要职责是拟定并组织实施工业行业规划、产业政策和标准，监测工业行业日常运行，推动重大技术装备发展和自主创新，承担振兴装备制造业组织协调的责任，组织拟订重大技术装备发展和自主创新规划、政策，依托国家重点工程建设协调有关重大专项的实施，推进重大技术装备国产化，指导引进重大技术装备的消化创新，指导推进信息化建设，协调维护国家信息安全等。

 

中国电子元件行业协会是由电子元件行业的企（事）业单位自愿组成的，行业性的、全国性的、非营利性的社会组织，主要协助政府开展行业管理工作，帮助培育维护良好的电子元件产业市场环境，发挥政府、会员、市场间的桥梁和纽带作用，促进电子元件行业健康发展。

 

2、行业法律法规

 

铌酸锂光调制器行业相关法律法规及产业政策

资料来源：智研咨询整理

 

本文内容摘自智研咨询发布的《中国铌酸锂光调制器行业市场运行态势及投资发展潜力报告》

 

四、铌酸锂光调制器产业链结构分析

 

1、产业链全景图

 

铌酸锂光调制器产业链上游原材料包括铌酸锂、封装管壳材料、涂覆层材料、包层材料、光刻机、刻蚀机等其他上游原材料；中游为铌酸锂光调制器制造行业；铌酸锂光调制器下游可广泛应用于光通信领域、光纤传感器领域、微波光子领域等多个行业。

铌酸锂光调制器产业链全景图

资料来源：智研咨询整理

 

2、与上下游之间的关联性

 

铌酸锂光调制器制造行业的主要原材料为铌酸锂、封装管壳材料、涂覆层材料、光刻机、刻蚀机等。该等上游原料产业的发展和产品价格的波动对铌酸锂光调制器制造业的生产有着重要影响。上游产业稳健发展保障了原料的充裕供应，可以确保铌酸锂光调制器行业快速发展所需原材料的稳定；同时上游行业优质产品的大力发展，生产工艺的进步，有利于加速铌酸锂光调制器产品质量的提高，推动铌酸锂光调制器行业中高端产品的发展。

 

目前，下游光通信领域、光纤传感器领域、微波光子领域行业持续增长，为铌酸锂光调制器行业的持续发展创造了优质的市场环境。另一方面，从行业发展规划来看，下游光通信领域、光纤传感器领域、微波光子等行业受国家政策鼓励进入产业结构升级周期，对高端产品的需求占比明显提升，铌酸锂光调制器行业高端产品市场被打开，产品利润以及行业研发积极性被激活，有望吸引更多的高新技术人才进入本行业，为铌酸锂光调制器行业的研发生产注入新的活力，推动铌酸锂光调制器行业在产品结构、市场规模等方面创造强劲动力。

 

五、铌酸锂光调制器市场现状分析

 

随着下游通信业、数据中心等主要行业的持续发展壮大，5G、激光等新技术的应用带来各行业高速、高带宽的光调制需求，带动行业市场需求总体呈现出明显的高速增长态势，我国铌酸锂调制器行业需求量自2016年的13.6万块/件增长至2022年的44.7万块/件，年均复合增长率达21.93%。

2016-2022年中国铌酸锂调制器需求量走势

资料来源：智研咨询整理

 

从市场规模来看，由于价格影响，行业的规模增速较需求量增长相对较慢，但也保持了较高的增速，2022年我国铌酸锂光调制器市场规模达50.15亿元。其中传统的以铌酸锂晶体为核心材料的体器件仍是行业最大的细分市场，被广泛的应用于中长期距离光通信、数据中心互联、航天军工等领域；铌酸锂薄膜器件由于其较小的体积，比传统铌酸锂光子器件更高的速度和更低的驱动电压更容易实现各类集成器件，备受业界青睐，在光模块，激光雷达以及其他高性能光学传感器中渗透率逐步提升，实现了高速发展。

2016-2022年中国铌酸锂光调制器市场规模走势

资料来源:智研咨询整理

 

我国铌酸锂光调制器生产规模保持较高的增长速度，但行业国产化率仍处于较低的水平，目前约为15.9%左右。

2016-2022年中国铌酸锂光调制器国产化率走势

资料来源:智研咨询整理

 

六、铌酸锂光调制器市场竞争格局分析

 

传统铌酸锂调制器行业竞争格局较为稳定，我国电信级铌酸锂系列高速调制器器件基本依赖进口。由于铌酸锂系列高速调制器芯片及器件行业壁垒较高，全球仅有三家主要供应商可以批量供货，分别是Lumentum、日本的Fujitsu（富士通）和日本的Sumitomo（住友集团）。2020年光库科技通过收购Lumentum相关产品线进入该领域，目前是国内少数可以提供铌酸锂技术的厂家之一。

全球铌酸锂调制器市场主要参与者

资料来源：公开资料整理

 

目前我国铌酸锂光调制器相对集中，北京、长三角与珠三角地区是最为主要的生产地，这些地区普遍形成了从铌酸锂晶体材料、到铌酸锂有源器件与相关下游设备生产的产业集群。

我国铌酸锂光调制器主要企业分布

资料来源：公开资料整理

 

七、铌酸锂光调制器行业进入壁垒分析

 

不同于半导体行业的结构化分工模式，目前光电子行业，尤其是铌酸锂调制器行业，全球主流公司均采用IDM模式。IDM模式意味着公司需要具备从设计、制造、封装测试到销售的全系列能力。铌酸锂调制器类产品设计难度大、工艺极其复杂。在设计、制造工艺、封装等各个环节，均存在较高的门槛，属于技术高、资金重，周期长的行业，较难有轻资产公司走出来。

铌酸锂光调制器行业进入壁垒分析

资料来源：智研咨询整理

 

八、铌酸锂光调制器行业发展趋势及策略建议

 

未来，新型薄膜铌酸锂调制器成为业内的聚焦点，较之传统体积较大的体材料铌酸锂调制器，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。

 

未来从探索新机理新结构的角度出发，如将标准的共面波导电极设计为分段式微波电极等方式可能进一步提升调制器的性能。此外，实现集成调制器芯片的封装以及与激光器、探测器等器件的片上异质集成既是薄膜铌酸锂调制器未来发展的机遇，也是所面临的挑战。

铌酸锂光调制器行业发展建议

资料来源：智研咨询整理

 

以上数据及信息可参考智研咨询（www.chyxx.com）发布的《中国铌酸锂光调制器行业市场运行态势及投资发展潜力报告》。智研咨询是中国领先产业咨询机构，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。您可以关注【智研咨询】公众号，每天及时掌握更多行业动态。