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激光芯片定义

光学芯片按其功能可分为激光芯片和探测器芯片：激光芯片主要用于传输信号并将电信号转换为光信号，探测器芯片主要用于接收信号并将光信号转换为电信号。激光芯片根据发光结构又可分为表面发光芯片和边缘发光芯片。表面发光芯片包括VCSEL芯片，边缘发光芯片包括FP、DFB和EML芯片。

加州理工学院开发了一种名为纳米光子相干成像仪 (NCI) 的微型硅芯片，它使用一系列类似激光雷达的传感器（一种用于检测光线和测量距离的激光雷达）来检测物体的距离和大小。将这项技术集成到一平方毫米的芯片中不再是梦想。

传统的FP激光芯片存在损耗大、传输距离短的缺点，应用广泛的激光芯片主要有3种：VCSEL、DFB和EML。

1、VCSEL具有纵向模式单一、圆形出口点、价格低廉、易于集成的特点。功率低，传输距离短，适用于300m以内的短距离传输。主要应用场景包括：数据中心、消费电子等。

2、DFB是在FP的基础上通过内部布拉格光栅，所以激光器具有高度单色性，减少了损耗，提高了传输距离，满足中长距离传输的需要，是目前应用最广泛的直接调制激光器之一。主要应用场景包括：FTTx接入网、传输网、无线基站、数据中心连接等。

3、通过添加基于DFB的外部调制器电吸收剂，EML激光器具有比DFB更好的线性调频和色散性能，适用于长距离传输。主要应用场景主要包括：远距离高速电信骨干网、城域网和数据中心连接（DCI网络）等。

激光芯片工作原理

电激励是泵浦源，半导体是放大介质。激光器的功率取决于三个主要组件：泵浦源、放大介质和谐振腔。激光的输出需要外部能量，泵浦源（也称为激发源）负责为放大介质中的粒子提供能量。常见的抽水方式有电动抽水、光抽水、核能抽水等;为了提供转变为高能级的粒子，经常使用氖气、有机染料、红宝石、半导体、光纤等材料。谐振腔是指光波在其中来回反射以提供光能反馈的腔体，其作用是赋予腔内光子一致的频率、相位和行进方向，使激光具有良好的方向性和相干性，同时增强受激辐射的强度。激光芯片以电激发为泵浦源，以半导体材料为增益介质，通过选择腔模进行放大，然后输出激光，完成光电转换。

对于激光芯片来说，输出激光的关键是“半导体中的电子吸收能量，从低能级到高能级——电子从不稳定的高能级回落到低能级，以光子的形式释放能量”，它可见，电子转移效率是激光输出效率的根源，因此直接带隙结构半导体更适合激光芯片的制造。大多数三五族化合物为直接带隙半导体材料，如GaAs、GaN、InP等，少数三五族化合物如GaP和Ge、Si属于间接带隙结构，这是GaAs、InP等三、五族化合物在激光芯片制造中联合应用的基础。

激光芯片竞争格局

大功率半导体激光芯片已完成20%的国产化替代。在大功率半导体激光芯片方面，美国和欧洲起步较早，具有领先的技术优势。传统国际巨头有II-VI、Lumentum、amsOsram、IPG等；国内半导体激光芯片产业发展迅速，技术不断突破，这一时期的主要厂商有长光华芯、武汉锐晶、都根激光、华光光电、深圳瑞博等，2020年光大和武汉锐晶占比分别为13.4%和7 ，分别占国内大功率半导体激光芯片市场份额的0.4%，国产化率接近21%。未来半导体激光芯片的国产化进程有望进一步推进。

在光通信产业链方面，国内光模块制造商凭借卓越的集成能力、封装和测试技术、丰富优质的产品，成为全球的领导者，更多的国产替代机会体现在上游的光芯片和设备上。市场给了国内光学芯片厂商强劲的推动力，两者的国产化将齐头并进。高速率光芯片随着光模块市场的不断扩大，新技术不断发展。高性能归功于中国强大的工业背景和广泛的自动化需求潜力。

长光华鑫是中国领先的激光芯片公司。公司深耕半导体激光器行业，拥有侧面发射和表面发射产品线，业务覆盖半导体激光芯片、器件和模组以及激光器的全产业链，广泛应用于工业、光通量和传感等领域。2020年，公司核心产品大功率半导体激光芯片国内市场占有率达到13.41%，半导体激光芯片国产化逐步实现。

大功率半导体激光器芯片作为光纤/固态激光泵浦源的核心能源，是决定激光器性能和成本的核心部件。

1、随着激光行业降低成本的不断推进，以及激光焊接、清洗、熔覆等新要求的出现，激光行业的渗透率仍然很宽，有望带动上游半导体激光芯片市场的持续增长。国内激光芯片（不含光通信）市场规模预计将从2021年的9亿元增加到2023年的17亿元，2021~2023年的复合年增长率为33.3%。

2、在下游激光厂商削减成本需求的推动下，激光芯片向更高功率的快速转变可能导致行业门槛进一步上升，领先厂商的盈利能力有望保持高位;

3、伴随光纤激光器行业国产替代的持续推进和供应链安全需求，国产激光芯片需求有望进一步提振。

1.17-22市场规模数据图表:

统计数据显示，2017年中国激光芯片行业市场规模2.5亿元，2022年中国激光芯片行业市场规模13.8亿元。2017-2022年中国激光芯片行业市场规模如下：

图表：2017-2022年中国激光芯片行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院

2. 23-29市场规模数据图表

预测，2029年中国激光芯片行业市场规模84亿元。2023-2029年中国激光芯片行业市场规模预测如下：

图表：2023-2029年中国激光芯片行业市场规模预测

数据来源：智研瞻产业研究院

激光芯片相关政策

近年来，各部委出台了一系列政策和措施，促进和支持激光产业的发展。2016年，科技部发布《国家科技创新规划“十三五”规划》，明确提出加快发展具有自主知识产权的大功率光纤激光器。2017年，国家发改委将高功率激光器、准分子激光退火器件、半导体激光器件、大功率固态激光器件、光纤激光器件、固态激光材料、稀土激光晶体列为战略性新兴产业重点产品和服务目录。2020年，国家发改委印发了基础研究“从0到1强化”工作计划，提出重点支撑激光制造领域，推动关键核心技术突破。2021年，全国人大公布了“十四五”规划，提出培育先进制造业集群，推广集成电路、航空航天、海洋和海洋工程装备、机器人、先进轨道交通装备、先进能源装备、工程机械等。高端数控机床、医药和医疗设备等行业的创新发展，以及激光加工技术作为高端制造业广泛应用的重要技术，将为快速发展创造良好的政策环境

激光芯片发展趋势

随着我国云计算、双千兆光纤、5G等产业的快速发展，激光芯片在光纤接入、4G/5G网络和数据中心等应用场景中正处于速率升级和产品迭代的关键阶段，以及物联网、物联网等应用场景。 25G及以上高速率激光芯片市场快速增长。此时，国内企业已经掌握了2.5G及以下激光芯片的核心技术。但25G及以上高速率激光芯片技术储备仍较为薄弱，国产化率较低，市场仍为国外厂商主导，有望成为国内企业发展的重点。

随着我国激光芯片产业的不断发展，其在消费电子、通讯、汽车等领域的应用不断扩大。以汽车领域为例，汽车行业的发展趋势是电动化、智能化，高水平的辅助驾驶技术正在逐步应用。作为汽车激光雷达的核心部件，激光芯片的应用范围将日益扩大。特别是基于砷化镓和磷化铟的激光芯片已应用于蔚来、小鹏等新能源汽车，激光芯片市场发展潜力巨大。