光電材料之鈮酸鋰薄膜鈮酸鋰技術(shù)突破

概要2鈮酸鋰材料廣泛應(yīng)用于光電等領(lǐng)域，薄膜材料成為重要技術(shù)方向。鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、光透過范圍寬等特點，廣泛應(yīng)用于SAW濾波器、光調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、電光調(diào)Q開關(guān)等器件中。薄膜鈮酸鋰材料憑借更高的集成度、更好的性能，逐漸成為其重要技術(shù)方向，國內(nèi)廠商在LNOI領(lǐng)域具備卡位優(yōu)勢。鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈包括上游鈮酸鋰晶體及薄膜材料、電子束直寫以及DUV光刻機設(shè)備，中游體材料/薄膜鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件，以及下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)均有國內(nèi)廠商參與，國內(nèi)鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心數(shù)據(jù)，2022年全球鈮酸鋰晶體市場規(guī)模達11.3億元，同比增長3.1%。薄膜鈮酸鋰調(diào)制器性能卓越，長期市場空間或超百億。鈮酸鋰調(diào)制器具有頻帶寬、穩(wěn)定性好、信噪比高、傳輸損耗小、工藝成熟等優(yōu)點，是當前電光調(diào)制器市場的主流產(chǎn)品，主要用在100G-1.2T的長距骨干網(wǎng)相干通訊和單波100/200G的超高速數(shù)據(jù)中心上。傳統(tǒng)體材料鈮酸鋰調(diào)制器由于尺寸較大，難以滿足光器件小型化趨勢，而薄膜鈮酸鋰調(diào)制器具有大帶寬、低功耗、小尺寸等優(yōu)勢，有望成為調(diào)制器未來的重要發(fā)展方向。我們認為，若疊加通信領(lǐng)域以及光纖陀螺、超快激光器等領(lǐng)域的需求，長期全球薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模有望超百億：1）光通信領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，長期全球薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約59-88億元；2）光纖陀螺領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，2024年中國鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約50-67億元；3）超快激光器領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，2024年全球鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約3.21億美元（約22億元）。鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件國產(chǎn)替代需求強烈，薄膜調(diào)制器國產(chǎn)化浪潮將至。根據(jù)《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》，鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件要不斷替代進口，2022年實現(xiàn)市場占有率超30%。傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器行業(yè)競爭格局較為穩(wěn)定，全球僅有富士通、住友和光庫科技三家主要供應(yīng)商可以批量供貨，我國電信級鈮酸鋰系列高速調(diào)制器器件基本依賴進口。受益于國內(nèi)薄膜鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟，隨下游新易盛等廠商相繼展示或推出薄膜鈮酸鋰光模塊，國內(nèi)廠商有望在薄膜鈮酸鋰調(diào)制器領(lǐng)域占據(jù)卡位優(yōu)勢。投資建議。我們堅定看好鈮酸鋰薄膜化產(chǎn)業(yè)趨勢，看好國內(nèi)鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈，建議關(guān)注鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈核心標的光庫科技，光通信核心公司中興通訊、烽火通信、光迅科技、華工科技、中際旭創(chuàng)、新易盛等；激光器核心公司杰普特、大族激光、銳科激光等。關(guān)注非上市公司晶正電子、浦丹光電等。風(fēng)險提示。技術(shù)迭代風(fēng)險，薄膜鈮酸鋰滲透不及預(yù)期，市場競爭超預(yù)期，宏觀經(jīng)濟波動。1. 鈮酸鋰晶體：性能優(yōu)異，主要應(yīng)用于光電等領(lǐng)域材料性質(zhì)：鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強等特點發(fā)展歷程：鈮酸鋰材料研究近百年分類應(yīng)用：主要包括聲學(xué)級和光學(xué)級兩種類型技術(shù)方向：薄膜化成為材料重要發(fā)展方向應(yīng)用領(lǐng)域：光學(xué)應(yīng)用/壓電應(yīng)用/量子應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈：國內(nèi)鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善市場規(guī)模：22年全球鈮酸鋰晶體市場規(guī)模達11.3億元競爭格局：市場集中度較高，國內(nèi)廠商奮起直追鈮酸鋰調(diào)制器：薄膜調(diào)制器成長潛力突出，迎國產(chǎn)化機遇投資建議與風(fēng)險提示3概要深圳市高光特光電科技有限公司微信公眾號，孫軍等《鈮酸鋰晶體及其應(yīng)用概述》1.1

鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強等特點4鈮酸鋰（LiNbO3）是鈮、鋰、氧的化合物，是一種自發(fā)極化大（室溫時0.70

C/m2）的負性晶體。根據(jù)孫軍等《鈮酸鋰晶體及其應(yīng)用概述》，鈮酸鋰是目前發(fā)現(xiàn)的居里溫度最高（1210°C）的鐵電體。鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、光透過范圍寬等特點。（1）鈮酸鋰晶體光電效應(yīng)多，具有包括壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)、光折變效應(yīng)、光生伏打效應(yīng)、光彈效應(yīng)、聲光效應(yīng)等多種光電性能；（2）鈮酸鋰晶體的性能可調(diào)控性強，這是由鈮酸鋰晶體的晶格結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷結(jié)構(gòu)所造成，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通過晶體組分、元素摻雜、價態(tài)控制等進行大幅度調(diào)控；（3）鈮酸鋰晶體的物理化學(xué)性能相當穩(wěn)定，易于加工；（4）光透過范圍寬，具有較大的雙折射，而且容易制備高質(zhì)量的光波導(dǎo)，所以基于鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器、光調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、電光調(diào)Q開關(guān)等光電器件在電子技術(shù)、光通信技術(shù)、激光技術(shù)等領(lǐng)域中得到了廣泛研究和實際應(yīng)用。表：鈮酸鋰與其他光電材料的對比鈮酸鋰砷化鎵磷化銦分子式LiNbO3GaAsInP折射率2.297/2.2083.423.2電光系數(shù)3285652相對介電常數(shù)ε45/2028/4312.9優(yōu)點光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、光透過范圍寬光電性能好、耐熱、抗輻射導(dǎo)熱性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、光纖傳輸效率高主要應(yīng)用聲表面波濾波器、電光調(diào)制器射頻器件、LED、VCSEL光模塊、激光雷達1.2

發(fā)展歷程：鈮酸鋰材料研究近百年高博鋒等《鈮酸鋰的耄耋之路:歷史與若干進展》

，

5海通證券研究所時間事件1928年首次對鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性展開研究1937年實驗合成鈮酸鋰1949年首次發(fā)現(xiàn)高溫鐵電特性1964年成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體1965年發(fā)現(xiàn)制備單疇鈮酸鋰的方法；建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型，一直沿用至今1964-1967年國外對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性展開研究1970年我國開始對鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應(yīng)用展開研究1980年發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能；突破周期極化鈮酸鋰生長工藝鈮酸鋰材料的研究已經(jīng)接近100年，可以劃分為三個階段：第一階段（

1928-1965年）：國外對鈮酸鋰的生長工藝和晶格結(jié)構(gòu)展開研究。1928年礦物學(xué)家Zachariasian首次對鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性開展初步研究；1937年，Sue等實驗合成了鈮酸鋰，但并未引起廣泛關(guān)注；直至1949年，美國Bell實驗室的Matthias

和

Remeika發(fā)現(xiàn)其高溫鐵電特性，鈮酸鋰正式進入人們視野；1964年，Bell實驗室的Ballman利用Czochralski

法成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體；1965年，

Bell實驗室的Nassau和Levinstein找到制備單疇鈮酸鋰的方法；1965年，Abrahams等建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型，一直沿用至今。第二階段（1964-1967年）：國外對鈮酸鋰的特性展開廣泛研究。由于突破了材料生長工藝，獲得了最優(yōu)的晶格模型，1964-1967年，美國Bell實驗室對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究。第三階段（1970年至今）：我國從

1970

年代開始鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應(yīng)用研究。1980年，南開大學(xué)與西南技術(shù)物理所合作發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，該晶體被稱為“中國之星”；同年，南京大學(xué)突破了周期極化鈮酸鋰的生長工藝，從實驗上實現(xiàn)了準相位匹配。表：鈮酸鋰材料的發(fā)展歷程資料來源：QYReseach微信公眾號，中科院上海光學(xué)精密機械研究所官網(wǎng)，勻晶光電官網(wǎng)

，天通股份2021年報，海通證券研究所1.3

分類應(yīng)用：主要包括聲學(xué)級和光學(xué)級兩種類型6鈮酸鋰晶體按照應(yīng)用可以分為聲學(xué)級和光學(xué)級兩種類型。光學(xué)級鈮酸鋰晶體：具有較大的電光及非線性光學(xué)系數(shù)、較寬的光透過窗口、較大的雙折射率、能生長出Kg級的體塊晶體、機械加工性能良好、不潮解等優(yōu)勢，應(yīng)用于集成光學(xué)波導(dǎo)、波導(dǎo)型激光器、光隔離器用楔角片、電光波導(dǎo)相位調(diào)制器、電光波導(dǎo)強度調(diào)制器、準相位匹配激光倍頻器件、光參量振蕩器等領(lǐng)域；聲學(xué)級鈮酸鋰晶體：具有優(yōu)良的壓電性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于聲表面波濾波器等領(lǐng)域。產(chǎn)品類型產(chǎn)品示例產(chǎn)品優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)級鈮酸鋰晶體電光及非線性光學(xué)系數(shù)比較大具有較寬的光透過窗口，321nm-5000nm較大的雙折射率，Δ(no-ne)=0.086@632.8nm能生長出Kg級的體塊晶體機械加工性能良好，不潮解集成光學(xué)波導(dǎo)波導(dǎo)型激光器光隔離器用楔角片電光波導(dǎo)相位調(diào)制器電光波導(dǎo)強度調(diào)制器準相位匹配激光倍頻器件和光參量振蕩器聲學(xué)級鈮酸鋰晶體優(yōu)良的壓電性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性聲表面波濾波器等表：鈮酸鋰晶體分類資料來源：李庚霖等《絕緣體上鈮酸鋰薄膜片上光子學(xué)器件的研究進展》，喬玲玲等《超低損耗鈮酸鋰光子學(xué)》，晶正電子官網(wǎng)，36氪，投資界微信公眾號，海通證券研究所1.4

技術(shù)方向：薄膜化成為材料重要發(fā)展方向7鈮酸鋰薄膜技術(shù)及其潛在的集成光子學(xué)系統(tǒng)，已經(jīng)逐漸成為當前光子學(xué)研究前沿的“變革性”技術(shù)。在基于體材料鈮酸鋰晶體的光學(xué)器件中，光被限制在由離子擴散或質(zhì)子交換形成的平面波導(dǎo)內(nèi)，折射率差通常比較?。▇0.02），器件尺寸比較大，難以滿足光學(xué)器件趨于小型化、集成化的需求。而薄膜鈮酸鋰是通過“離子切片”的方式，從塊狀的鈮酸鋰晶體上剝離出鈮酸鋰薄膜，并鍵合到附有SiO2緩沖層的Si晶片上，形成的薄膜鈮酸鋰材料。相比于傳統(tǒng)的體材料結(jié)構(gòu)，薄膜鈮酸鋰平臺可以實現(xiàn)更高的集成度、更好的性能。表：薄膜鈮酸鋰材料發(fā)展歷程時間事件2004年Rabiei和Gunter利用智能切片工藝在SiO2襯底上制備1cm2的LN薄膜，為LNOI薄膜技術(shù)的開發(fā)提供了思路2007年Djukic等使用晶體離子切片技術(shù)制備了面積為幾平方厘米的自支撐式PPLN薄膜2012年P(guān)oberaj等首次開發(fā)并使用全晶片智能切片制備技術(shù)，在沉積有SiO2層的LN襯底上制備了大尺寸（3

in直徑）、高均勻度的單晶LNOI薄膜，標志著高質(zhì)量LNOI薄膜集成光子學(xué)平臺研究的開端2015年山東大學(xué)胡卉團隊率先開發(fā)出厚度300-900nm的LN單晶薄膜材料產(chǎn)品，并已實現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化，通過晶正電子（2010年成立）進行商業(yè)化生產(chǎn)表：薄膜鈮酸鋰與其他光子集成平臺對比材料SOIGaAsTi:LNLNOIIndex

contrast1.50.10.040.7傳播損耗

/（dB·cm-1）2>30.10.027耦合損耗中高低中支持高光功率否否是是交換速率/GHz~50＞50＞100＞100交換功耗中中中中集成激光器異質(zhì)是否摻稀土集成探測器是是否異質(zhì)集成批量生產(chǎn)便宜中等昂貴，限制晶圓尺寸昂貴資料來源：李庚霖等《絕緣體上鈮酸鋰薄膜片上光子學(xué)器件的研究進展》1.4

技術(shù)方向：薄膜鈮酸鋰材料的制備工藝8智能切片工藝是制備薄膜鈮酸鋰材料的有效方法，包括離子注入、晶片鍵合和熱剝離等主要技術(shù)手段。1）離子注入：制備鈮酸鋰薄膜首先需要在鈮酸鋰塊體材料中注入高劑量

（1016-1017cm–2）的He+

，目的是在靶材料中形成“損傷層”,從而可以借助后續(xù)的特殊熱處理過程實現(xiàn)鈮酸鋰薄膜與塊體材料的分離；2）晶片鍵合：是制備鈮酸鋰薄膜的關(guān)鍵步驟，將經(jīng)過離子注入的

鈮酸鋰塊體材料與襯底材料鍵合，以可控的方式實現(xiàn)熱處理過程中薄膜的剝離，常見的鈮酸鋰薄膜晶片鍵合方式包括苯并環(huán)丁烯

（BCB）

鍵合和直接鍵合；3）熱剝離：在超過220

°C條件下，誘導(dǎo)離子注入損傷層內(nèi)氣泡和裂紋的產(chǎn)生，最終使注入層與鈮酸鋰襯底完全分離，僅留下鍵合有鈮酸鋰注入層和襯底的鈮酸鋰薄膜。圖：

薄膜鈮酸鋰材料的制備流程（晶片直接鍵合法）在鈮酸鋰晶片中注入He+

，注入離子能量根據(jù)所需的薄膜厚度（即注入深度）選擇。離子注入使用等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)在襯底材料晶片表面沉積一層高密度SiO2薄膜；沉積結(jié)束后，在450°C下退火8h；對沉積的SiO2薄膜表面和離子注入面進行化學(xué)機械拋光。沉積SiO2將處理后的施體和受體晶片材料在常溫下進行直接鍵合。晶片鍵合首先在165°C下退火16h；隨后在190°C下退火6h，以進一步提高鍵合強度；再將樣品溫度提升至約228°C，使

He+注入層與鈮酸鋰施體材料實現(xiàn)分離。后退火處理鍵合晶片拋光 ?

熱處理結(jié)束后，利用CMP使制備的鈮酸鋰薄膜的粗糙度降低到0.5nm以下。資料來源：光庫科技2021年報，CSDN，恒元光電微信公眾號，董潮涌等《50

Hz鈮酸鋰電光調(diào)Q開關(guān)》，濟南快譜光電微信公眾號，楊劍等《基于周期極化鈮酸鋰晶體的高功率可調(diào)諧光參量振蕩器》，一飛通訊官網(wǎng)，海通證券研究所1.5

應(yīng)用領(lǐng)域：光學(xué)應(yīng)用/壓電應(yīng)用/

量子應(yīng)用9鈮酸鋰晶體具有優(yōu)異的電光效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于電光調(diào)制器等領(lǐng)域。鈮酸鋰晶體的光電效應(yīng)非常豐富，其中電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)性能突出，應(yīng)用也最為廣泛。而且鈮酸鋰晶體可以通過質(zhì)子交換或鈦擴散制備高品質(zhì)的光波導(dǎo)，又能夠通過極化翻轉(zhuǎn)制備周期性極化晶體，所以在電光調(diào)制器、相位調(diào)制器、集成光開關(guān)、電光調(diào)Q開關(guān)、電光偏轉(zhuǎn)、高電壓傳感器、波前探測、光參量振蕩器以及鐵電超晶格等器件中得到廣泛應(yīng)用。其中，鈮酸鋰電光調(diào)制器是利用鈮酸鋰晶體的線性電光效應(yīng)實現(xiàn)的，具有高速率、高消光比、低啁啾等優(yōu)點，適合光通信用高速外調(diào)制器，包含幅度調(diào)制器、相位調(diào)制器等產(chǎn)品。表：鈮酸鋰材料的光學(xué)應(yīng)用應(yīng)用示意圖簡介鈮酸鋰電光調(diào)制器鈮酸鋰電光調(diào)制器是利用鈮酸鋰晶體的線性電光效應(yīng)實現(xiàn)的，具有高速率、高消光比、低啁啾等優(yōu)點，適合光通信用高速外調(diào)制器，包含幅度調(diào)制器、相位調(diào)制器等產(chǎn)品。鈮酸鋰集成光開關(guān)光開關(guān)是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件；2022年，加州理工學(xué)院研究團隊基于薄膜鈮酸鋰平臺，成功研發(fā)出史上最快的集成光子學(xué)全光開關(guān)。鈮酸鋰電光調(diào)Q開關(guān)鈮酸鋰電光調(diào)Q開關(guān)應(yīng)用廣泛，常被應(yīng)用于Er:YAG、Ho:YAG、Tm:YAG激光器中，適應(yīng)于低功率調(diào)Q輸出，尤其在激光測距領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。鈮酸鋰光參量振蕩器基于摻鎂的周期極化鈮酸鋰晶體可實現(xiàn)高功率高重復(fù)頻率中紅外激光輸出的光學(xué)參量振蕩器。資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，濾波器微信公眾號，海通證券研究所1.5

應(yīng)用領(lǐng)域：光學(xué)應(yīng)用/壓電應(yīng)用/量子應(yīng)用10鈮酸鋰晶體是優(yōu)良的壓電材料，廣泛應(yīng)用于濾波器等領(lǐng)域。鈮酸鋰晶體居里溫度高，壓電效應(yīng)的溫度系數(shù)小，機電耦合系數(shù)高，介電損耗低，晶體物化性能穩(wěn)定，加工性能良好，又易于制備大尺寸高質(zhì)量晶體，是一種優(yōu)良的壓電晶體材料。與常用的壓電晶體石英相比，鈮酸鋰晶體聲速高，可以制備高頻器件，因此鈮酸鋰晶體可用于諧振器、換能器、延遲線、濾波器等，應(yīng)用于移動通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字信號處理、電視機、廣播、雷達、遙感遙測等民用領(lǐng)域以及電子對抗、引信、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域。其中，應(yīng)用最為廣泛的是聲表面波濾波器件。聲表面波濾波器（SAW）是采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件。其基本原理為在輸入端由壓電效應(yīng)把無線信號轉(zhuǎn)換為聲信號在介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ谳敵龆擞赡鎵弘娦?yīng)將聲信號轉(zhuǎn)換為無線信號。鈮酸鋰壓電晶圓具有優(yōu)良的壓電性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，是制作射頻聲表面波濾波器的理想基板材料。表：主要的壓電材料及特點 圖：SAW濾波器結(jié)構(gòu)示意圖分類主要材料特點壓電晶體（單晶）主要有石英晶體（SiO2）、水溶性壓電晶體（酒石酸鉀鈉）以及鈮酸鋰晶體性能穩(wěn)定，造價高昂，一般用于標準儀器或精度要求較高的傳感器壓電陶瓷（多晶）按其組成基本元素可分為二元系、三元系、四元系壓電陶瓷等制作工藝簡單、耐潮濕、耐高溫、壓電常數(shù)為石英的幾倍，靈敏度高，在檢測技術(shù)、電子技術(shù)和超聲領(lǐng)域中應(yīng)用普遍有機高分子壓電材料一類是某些合成高分子聚合物；另一類是高分子化合物中摻雜壓電陶瓷PZT或BaTiO3粉末制成的高分子壓電薄膜質(zhì)輕柔軟、抗拉強度高、蠕變小、耐沖擊、擊穿強度為150~200kV/mm，可以大量生產(chǎn)和制成較大的面積半導(dǎo)體壓電材料硫化鋅（ZnS）、碲化鎘（CeTe）、氧化鋅（ZnO）、硫化鎘（CdS）等既具有壓電特性又具有半導(dǎo)體特性的材料既可用壓電性研制傳感器，又可用其半導(dǎo)體特性制作電子器件；也可以合二為一，研制新型集成壓電傳感器測試系統(tǒng)資料來源：成然等《鈮酸鋰量子器件研究進展》，海通證券研究所1.5

應(yīng)用領(lǐng)域：光學(xué)應(yīng)用/壓電應(yīng)用/

量子應(yīng)用11鈮酸鋰成為量子器件的重要基礎(chǔ)材料，在量子光源、量子中繼器件、單光子探測器等領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。鈮酸鋰是一種應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)光學(xué)材料，在集成光子學(xué)、量子光學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮了很大的支撐作用。主要原因是：與硅、磷化銦、氮化硅等傳統(tǒng)材料平臺相比，鈮酸鋰材料有著更加優(yōu)異的光電特性；鈮酸鋰晶體屬于非中心對稱晶體，具有較大的2階非線性系數(shù)，利用鈮酸鋰晶體中的和頻過程、差頻過程以及自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程等2階非線性過程可以高效實現(xiàn)量子光信號的產(chǎn)生以及單光子頻率轉(zhuǎn)換等應(yīng)用。近年來，基于鈮酸鋰材料制備的量子器件主要包括鈮酸鋰量子光源、鈮酸鋰量子中繼器件、鈮酸鋰單光子探測器等。表：鈮酸鋰材料的量子應(yīng)用應(yīng)用示意圖簡介鈮酸鋰量子光源量子光源一般包含單光子源和糾纏光源，是實現(xiàn)量子信息領(lǐng)域中的各種應(yīng)用的核心工具。利用鈮酸鋰材料中的SPDC過程是產(chǎn)生量子光源的極有優(yōu)勢的方法。鈮酸鋰量子中繼器件在遠程量子通信和量子互聯(lián)網(wǎng)中，需要用量子中繼器件對量子信息進行存儲、復(fù)制放大和轉(zhuǎn)換處理量子存儲器是實現(xiàn)量子中繼的核心元件，由單原子、量子點、氮空位中心、超導(dǎo)電路、冷/熱原子系綜等多種物理載體構(gòu)建而成。鈮酸鋰波導(dǎo)在量子存儲應(yīng)用方面顯示了很大的優(yōu)勢。鈮酸鋰單光子探測器在量子信息領(lǐng)域，高性能的單光子探測器對實現(xiàn)長距離的量子密鑰分發(fā)等應(yīng)用必不可少。傳統(tǒng)單光子探測器存在成本高、體積大、集成度差、探測效率低、工作波段不匹配等問題。為解決這些問題近年來，人們開發(fā)出了鈮酸鋰上轉(zhuǎn)換單光子探測器。其工作原理為：將單光子信號與強抽運光共同輸入PPLN波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過2階非線性和頻過程將通信波段單光子轉(zhuǎn)換為短波長的光子，然后再由硅基單光子探測器進行檢測。其他鈮酸鋰量子器件利用動態(tài)可重構(gòu)的鈮酸鋰波導(dǎo)單片集成器件，制備和表征了壓縮真空和雙模糾纏態(tài)，可以對非經(jīng)典量子態(tài)的產(chǎn)生、操縱進行演示；在LNOI上演示克爾光學(xué)頻率梳，且提出了寬光譜電光頻率梳，可以有效地用于量子測量和量子計算。資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，浦丹光電官網(wǎng)，富士通官網(wǎng)，光庫科技2022半年報，訊石光通訊網(wǎng)，新思界產(chǎn)業(yè)研究中心，Optical

Note微信公眾號，梁惠康等《電子束光刻設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及展望》，OFweek維科網(wǎng)，理工導(dǎo)航招股書，英諾激光招股書，銳科激光2021年報，杰普特2022年報，華勇等《用于有線電視發(fā)射機的鈮酸鋰外調(diào)制器研究》，億通科技招股書，金雨茂物新材智微信公眾號，新易盛官網(wǎng)，海通證券研究所整理1.6

產(chǎn)業(yè)鏈：國內(nèi)鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善12鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈上游材料主要包括鈮酸鋰晶體及薄膜，上游設(shè)備主要包括電子束直寫、DUV光刻機等；產(chǎn)業(yè)鏈中游主要是鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件等，包括體材料鈮酸鋰調(diào)制器和薄膜鈮酸鋰調(diào)制器；產(chǎn)業(yè)鏈下游主要應(yīng)用于光通信、光纖陀螺、超快激光器、有線電視（CATV）等眾多領(lǐng)域。圖：鈮酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈圖譜鈮酸鋰晶體愛普科斯、住友金屬礦業(yè)、

Korth

Kristalle、德清華瑩、天通股份、南智芯材等電子束光刻設(shè)備Raith、JEOL、Elinoix、Crestec、NanoBeam、Nuflare、Vistec、MAPPER、中電科第48所、中科院電工所等DUV光刻機ASML、尼康、佳能、上海微電子等體材料鈮酸鋰調(diào)制器光纖陀螺DARPA、霍尼韋爾、iXblue、三菱精密、Optolink、理工導(dǎo)航等超快激光器Coherent、Spectra-Physics、Trumpf、銳科激光、大族激光、杰普特、英諾激光等上游：材料及設(shè)備中游：調(diào)制器芯片及器件等下游：應(yīng)用場景和領(lǐng)域薄膜鈮酸鋰濟南晶正、上海新硅聚合、廈門博威、SRICO、Partow

Technologies、NGK

Insulators等光通信華為、新易盛等富士通住友光庫科技浦丹光電等薄膜鈮酸鋰調(diào)制器富士通光庫科技元芯光電鈮奧光電等CATV億通科技、杭州萬隆、成都康特、深圳飛通、PBN、ARRIS、SA、哈雷等QYResearch微信公眾號，海通證券研究所1.7

市場規(guī)模：22年全球鈮酸鋰晶體市場規(guī)模達11.3億元13全球鈮酸鋰晶體市場穩(wěn)步增長，2022年市場規(guī)模達11.3億元。伴隨下游行業(yè)快速發(fā)展，鈮酸鋰晶體市場空間不斷擴大。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心的《2023-2028年中國鈮酸鋰晶體行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報告》，2022年全球鈮酸鋰晶體市場規(guī)模達11.3億元，同比增長3.1%。光學(xué)級是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年占比約60%。根據(jù)QYReseach公眾號數(shù)據(jù)，2016年全球鈮酸鋰晶體市場營收為1.24億美元（約8億元），預(yù)計2022年達到1.46億美元（約10億元），CAGR為2.26％。其中，光學(xué)級是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年全球光學(xué)級鈮酸鋰晶體銷售收入約0.75億美元，約占全球銷售收入的60％。此外，

2016年，日本擁有全球最大的鈮酸鋰晶體出口量和制造商，而歐洲是鈮酸鋰晶體的第二大銷量市場。圖：2016年全球鈮酸鋰晶體收入結(jié)構(gòu)（分類型）01圖：2016-2022E年全球鈮酸鋰晶體市場營收（億美元）22016202260%40%光學(xué)級 聲學(xué)級資料來源：愛普科斯官網(wǎng)，住友金屬礦業(yè)官網(wǎng)，Korth

Kristalle官網(wǎng)，信維通信《關(guān)于公司擬增資德清華瑩的公告》，，國發(fā)創(chuàng)投微信公眾號，常熟經(jīng)開區(qū)發(fā)布微信公眾號1.8

競爭格局：市場集中度較高，國內(nèi)廠商奮起直追14傳統(tǒng)鈮酸鋰晶體生產(chǎn)技術(shù)成熟，領(lǐng)先企業(yè)市場份額占比較大。在全球市場中，德國愛普科斯、日本住友金屬礦業(yè)、德國

Korth

Kristalle是市場份額排名前三的鈮酸鋰生產(chǎn)企業(yè)。根據(jù)QYResearch公眾號數(shù)據(jù)，2016年愛普科斯、住友金屬礦業(yè)和Korth

Kristalle的市場份額分別為32.48%、25.09%和3.18%。與海外發(fā)達國家相比，我國鈮酸鋰晶體行業(yè)起步較晚，但發(fā)展勢頭迅猛。我國鈮酸鋰晶體市場主要參與者包括德清華瑩、天通股份、南智芯材等。表：鈮酸鋰晶體領(lǐng)域主要參與者公司地區(qū)成立時間簡介愛普科斯德國1989總部位于德國慕尼黑，是世界上最大的電子元器件制造商之一。2009年，愛普科斯與TDK元件事業(yè)部合并，由位于日本的TDK-EPC公司管理。愛普科斯開發(fā)、制造和銷售電子元件模塊和系統(tǒng)，范圍包括汽車電子產(chǎn)品、信息和通信技術(shù)、工業(yè)電子產(chǎn)品和消費電子產(chǎn)品。住友金屬礦業(yè)日本1590總部位于日本東京，主要從事有色金屬的開采、冶煉、精煉、新材料的銷售、制造等。包括礦產(chǎn)資源、冶煉和精煉、材料三大業(yè)務(wù)，主要提供金屬產(chǎn)品、電池材料、晶體材料、粉末材料、包裝材料、建筑材料等產(chǎn)品。KorthKristalle德國1949是一家提供激光晶體，紅外、可見光、紫外波段高精密光學(xué)元件的公司。其產(chǎn)品包括非球面光學(xué)元件、分束器、紅外光學(xué)鏡頭、光學(xué)材料、窗口、棱鏡及探測器和光譜設(shè)備等。德清華瑩中國1997主要從事聲表濾波器系列、環(huán)行器和隔離器、晶體材料、模塊及微組裝等產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，擁有行業(yè)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)化基地，也是行業(yè)唯一從材料到芯片、再到器件和模塊的全產(chǎn)業(yè)鏈射頻聲表專業(yè)公司。天通股份中國1999主要從事電子材料（包含磁性材料、藍寶石材料、壓電晶體材料和電子部品）研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，專用裝備的研發(fā)、制造和銷售。南智芯材中國2021由南京大學(xué)院士團隊領(lǐng)銜，主要從事鈮酸鋰（LN）和鉭酸鋰（LT）的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。公司致力于光學(xué)級鈮酸鋰晶體的研發(fā)和生產(chǎn)，是國內(nèi)第一個擁有量產(chǎn)光學(xué)級晶體能力的公司。資料來源：Optical

Note微信公眾號，濟南晶正官網(wǎng)，上海新硅聚合官網(wǎng)，廈門博威官網(wǎng)，Partow

Technologies官網(wǎng)，SRICO官網(wǎng)，NGK

Insulators官網(wǎng)，海通證券研究所1.8

競爭格局：國內(nèi)廠商在薄膜鈮酸鋰領(lǐng)域具備卡位優(yōu)勢15目前，薄膜鈮酸鋰材料的主要參與者包括濟南晶正、上海新硅聚合、廈門博威、Partow

Technologies、SRICO

、NGK

Insulators等。其中，濟南晶正在全球率先實現(xiàn)了鈮酸鋰單晶薄膜材料的商業(yè)化生產(chǎn)，可以提供3/4/6英寸，厚度為300-900nm的薄膜鈮酸鋰晶圓；上海新硅聚合可以提供4英寸，厚度為300-600nm的薄膜鈮酸鋰晶圓；廈門博威可以提供4英寸，厚度為300-500nm的薄膜鈮酸鋰晶圓；美國Partow

Technologies可以提供3/4/6英寸，厚度為300-1200nm的薄膜鈮酸鋰晶圓；美國SRICO可以提供3英寸，厚度為1000nm的薄膜鈮酸鋰晶圓；日本NGK

Insulators可以提供厚度為500nm的薄膜鈮酸鋰晶圓。表：薄膜鈮酸鋰領(lǐng)域主要參與者公司地區(qū)簡介晶圓尺寸/英寸晶圓厚度/nm濟南晶正中國成立于2010年，致力于納微米級厚度光電、壓電單晶薄膜材料研發(fā)、生產(chǎn)及銷售；在國際上率先開發(fā)并產(chǎn)業(yè)化300~900nm厚度鈮酸鋰單晶薄膜材料產(chǎn)品3/4/6300-900上海新硅聚合中國成立于2020年，致力于異質(zhì)集成材料襯底研發(fā)、生產(chǎn)及銷售；產(chǎn)品主要包括高性能微聲芯片材料和高速光通訊芯片材料4300-600廈門博威中國成立于1990年，是國內(nèi)領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體材料制造商；產(chǎn)品主要包括氮化鎵晶圓、碳化硅晶圓、砷化鎵晶圓、化合物半導(dǎo)體、鍺晶圓、鎘鋅晶片、硅晶圓、晶圓制造設(shè)備等4300-500PartowTechnologies美國成立于

2012年，專門設(shè)計、制造并提供先進的光子和電子基板和組件；目前公司為客戶提供各種定制薄膜、定增厚膜制造及鍵合服務(wù)3/4/6300-1200SRICO美國主要制造集成光波導(dǎo)器件及光電產(chǎn)品；產(chǎn)品主要包括即插即用PPLN非線性光波長轉(zhuǎn)換器、線性寬帶電光調(diào)制器、光子電場傳感器、Photrode?

電壓傳感器31000NGKInsulators日本成立于1919年，公司業(yè)務(wù)涵蓋儲能系統(tǒng)、絕緣子、汽車陶瓷、特殊金屬和模具、電子元器件、高性能陶瓷、工業(yè)過程產(chǎn)品、C1家用凈水器等；其中，電子元器件業(yè)務(wù)提供鍵合晶圓5001.8.1

晶正電子：鈮酸鋰單晶薄膜產(chǎn)品全球領(lǐng)先資料來源：晶正電子官網(wǎng)，36氪官網(wǎng)，企查查，海通證券研究所16產(chǎn)品示例特點應(yīng)用體積小，穩(wěn)定性用于制作高速電光調(diào)300-900nm鈮酸鋰單晶薄膜好，帶寬大，傳輸速率高，功耗低，CMOS驅(qū)動電壓兼容，可實制器、高性能聲波濾波器等高性能器件，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、長距離數(shù)據(jù)傳輸、手機現(xiàn)光集成基站等5-50μm鈮酸鋰單晶薄膜能夠更好的抑制溫度的漂移，更容易加工溫度補償聲表面波濾波器、主營業(yè)務(wù)：晶正電子致力于納微米級厚度光電、壓電單晶薄膜材料的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售；產(chǎn)品涵蓋多種規(guī)格高技術(shù)難度、高規(guī)格晶體薄膜材料，可用于制作高性能調(diào)制器、濾波器、探測器、晶振及高密度信息存儲器件等，廣泛應(yīng)用于光電、壓電、鐵電、太赫茲、紅外探測等領(lǐng)域。鈮酸鋰：公司在國際上率先開發(fā)出并產(chǎn)業(yè)化300-900nm厚度鈮酸鋰單晶薄膜材料產(chǎn)品。目前，公司鈮酸鋰產(chǎn)品包括300-900nm鈮酸鋰單晶薄膜和5-50μm鈮酸鋰單晶薄膜，前者主要用于制作高速電光調(diào)制器、高性能聲波濾波器等高性能器件，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、長距離數(shù)據(jù)傳輸、手機、基站等，后者主要用于制作溫度補償聲表面波濾波器，能夠更好的抑制溫度的漂移，更容易加工?？蛻羟闆r：公司客戶覆蓋全球200余家，包括國際一流研究機構(gòu)（劍橋大學(xué)、哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)、清華大學(xué)等）以及多家國際著名科技公司等。表：晶正電子發(fā)展歷程 表：晶正電子鈮酸鋰產(chǎn)品時間 事件2010年成立晶正電子2015年率先研發(fā)出納米厚度鈮酸鋰單晶薄膜產(chǎn)品，填補行業(yè)空白2016年建立約40畝的生產(chǎn)工廠，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；獲得中融新大集團有限公司A輪融資2019年獲得映趣資本B輪融資2020年獲得源創(chuàng)多盈戰(zhàn)略融資2021年獲得紫荊資本、世紀金源、華義創(chuàng)投、啟賦資本戰(zhàn)略融資；獲得山東省“專精特新”中小企業(yè)、國家級高新技術(shù)企業(yè)2022年發(fā)生工商變更，新增哈勃投資為股東；獲得遠致創(chuàng)投戰(zhàn)略融資1.8.2

天通股份：壓電晶體材料國內(nèi)領(lǐng)先17主營業(yè)務(wù)：公司目前形成電子材料、電子新能、智能裝備三大業(yè)務(wù)板塊，業(yè)務(wù)涵蓋電子信息材料產(chǎn)業(yè)鏈上下游。其中，電子材料業(yè)務(wù)包括磁性材料、藍寶石晶體材料、壓電晶體材料等。鈮酸鋰：公司的壓電晶體材料主要包括鈮酸鋰和鉭酸鋰，其中鈮酸鋰產(chǎn)品包括4/6英寸黑化鈮酸鋰晶片。產(chǎn)品具有生產(chǎn)技術(shù)成熟，易于清洗處理，熱穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好，集壓電、鐵電、熱釋電、非線性、電光、光彈、光折變等功能于一體的特點，廣泛應(yīng)用于聲表面波器、光通迅、激光及光電子等領(lǐng)域。收入情況：公司壓電晶體材料已成功實現(xiàn)量產(chǎn)，銷量位居國內(nèi)同行第一。2020-2021年，公司壓電晶體材料制造業(yè)務(wù)的營收分別為0.40、1.18（+196.93%）億元，營收占比分別為1.26%、2.88%，營收占比不斷提高。產(chǎn)品尺寸示例特點應(yīng)用黑化鈮酸鋰晶片4/6英寸生產(chǎn)技術(shù)成熟易于清洗處理熱穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好集壓電、鐵電、熱釋電、非線性、電光、光彈、光折變等功能于一體的多功能材料廣泛應(yīng)用于聲表面波器、光通迅、激光及光電子等領(lǐng)域圖：天通股份壓電晶體材料收入表：天通股份鈮酸鋰產(chǎn)品資料來源：天通股份官網(wǎng)，天通股份2021年報，海通證券研究所0%1%2%3%4%0122020營收（億元，左軸）2021占比（%，右軸）1. 鈮酸鋰晶體：性能優(yōu)異，主要應(yīng)用于光電等領(lǐng)域鈮酸鋰調(diào)制器：薄膜調(diào)制器成長潛力突出，迎國產(chǎn)化機遇鈮酸鋰調(diào)制器是當前電光調(diào)制器市場的主流產(chǎn)品鈮酸鋰調(diào)制器的未來——薄膜鈮酸鋰調(diào)制器需求：長期薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模超百億供給：國產(chǎn)化替代需求強烈，國內(nèi)廠商迎來重要發(fā)展機遇投資建議與風(fēng)險提示18概要資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，海通證券研究所2.1

鈮酸鋰調(diào)制器是當前電光調(diào)制器市場的主流產(chǎn)品19電光調(diào)制器（EOM）是利用某些電光晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器。電光效應(yīng)是指當電光晶體受到外加電場時，電光晶體的折射率會發(fā)生變化，通過該晶體的光波特性也會相應(yīng)變化，從而實現(xiàn)對光信號的幅度、相位以及偏振狀態(tài)等參量的調(diào)制。電光調(diào)制器包括相位調(diào)制器、強度調(diào)制器、偏振調(diào)制器等類型。鈮酸鋰調(diào)制器性能優(yōu)異，主要用在100G-1.2T的長距骨干網(wǎng)相干通訊和單波100/200G的超高速數(shù)據(jù)中心上。目前行業(yè)內(nèi)光調(diào)制的技術(shù)主要有三種：基于硅光、磷化銦和鈮酸鋰材料平臺的電光調(diào)制器。其中，硅光調(diào)制器具有低能耗、低成本等優(yōu)勢，主要應(yīng)用在短程的數(shù)據(jù)通信用收發(fā)模塊中；磷化銦調(diào)制器主要用在中距和長距光通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊；鈮酸鋰調(diào)制器具有帶寬高、穩(wěn)定性好、信噪比高、傳輸損耗小、工藝成熟等優(yōu)點，是當前電光調(diào)制器市場的主流產(chǎn)品，主要用在100Gbps以上直至1.2Tbps的長距骨干網(wǎng)相干通訊和單波100/200Gbps的超高速數(shù)據(jù)中心上。表：電光調(diào)制器技術(shù)路線及適用場景對比技術(shù)路線技術(shù)特點局限性應(yīng)用場景主要供應(yīng)商鈮酸鋰起步早，高調(diào)制帶寬、良好消光比和優(yōu)越的器件穩(wěn)定性，但是設(shè)計難度大、工藝較為復(fù)雜，在設(shè)計、制造、封裝等環(huán)節(jié)均存在較高門檻器件的的尺寸相對較大，集成后較難應(yīng)用于一些小尺寸器件中高速高帶寬的長距離通信調(diào)制器由日本Fujitsu、住友等壟斷，國內(nèi)的大部分由國外企業(yè)供應(yīng)硅光利用已有的微電子技術(shù)在大規(guī)模CMOS集成。具有低能耗、低成本等優(yōu)勢，在硅光上集成光傳輸通道的工藝難度相對較低耦合插損大、光源集成難度高、溫度敏感、偏振敏感數(shù)據(jù)中心等美國Intel、Cisco等磷化煙具有較高的電場漂移速度，良好的熱導(dǎo)特性和較強的抗輻射能力，半絕緣磷化煙襯底主要應(yīng)用于光電集成電路（OEIC），高電子遷移率晶體管（HEMT以及異質(zhì)結(jié)器件（HBT）等中短距離適用光通信器件、光網(wǎng)絡(luò)等Lumentum、Finisar、新飛通（NeoPhotonics）、英飛凌（Infineon）等，主要為美國廠商資料來源：光電匯OESHOW微信公眾號，

Fujitsu官網(wǎng)，海通證券研究所2.2

鈮酸鋰調(diào)制器的未來——薄膜鈮酸鋰調(diào)制器20體材料鈮酸鋰調(diào)制器在關(guān)鍵性能參數(shù)的提升上遭遇瓶頸，且體積較大，不利于集成。傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器以體鈮酸鋰為材料，雖然體材料鈮酸鋰調(diào)制器在高速骨干網(wǎng)的傳輸調(diào)制中起到關(guān)鍵作用，但也存在一定不足：（1）受限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應(yīng)，傳統(tǒng)鈮酸鋰基電光調(diào)制器的信號質(zhì)量、帶寬、半波電壓、插入損耗等關(guān)鍵性能參數(shù)的提升逐漸遭遇瓶頸，且與CMOS工藝不兼容；（2）由于鈮酸鋰材料和工藝原因，鈮酸鋰調(diào)制器的尺寸大小無法縮小，難以滿足“在光模塊對端口密度越來越大的要求下，對光器件的尺寸要求越來越小”的要求。上述不足限制了鈮酸鋰在更小及更高要求的下一代網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。薄膜鈮酸鋰調(diào)制器具有大帶寬、低功耗、小尺寸等優(yōu)勢，有望成為調(diào)制器未來的重要發(fā)展方向。相較于其他光電子材料，如磷化銦（成本受限）、硅光（性能功耗受限）、鈮酸鋰晶體（尺寸受限），薄膜鈮酸鋰可實現(xiàn)超快電光效應(yīng)和高集成度光波導(dǎo)，具有大帶寬、低功耗、低損耗、小尺寸等優(yōu)異特性，并可實現(xiàn)大尺寸晶圓規(guī)模制造，是非常理想的電光調(diào)制器材料。圖：傳統(tǒng)/薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的關(guān)鍵性能對比圖：傳統(tǒng)/薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的關(guān)鍵性能對比圖：富士通發(fā)布的薄膜鈮酸鋰調(diào)制器體積較傳統(tǒng)產(chǎn)品減少

60%資料來源：兩江科技評論微信公眾號，訊石光通訊網(wǎng)，國家自然科學(xué)基金委員會科學(xué)傳播與成果轉(zhuǎn)化中心，MIT科技評論，光庫科技官網(wǎng)，新易盛官網(wǎng)，海通證券研究所2.2

鈮酸鋰調(diào)制器的未來——薄膜鈮酸鋰調(diào)制器21時間事件2018年哈佛大學(xué)Marko

Loncar團隊采用薄膜鈮酸鋰材料成功研制出帶寬達100GHz的CMOS電壓兼容的集成MZI電光調(diào)制器2019年中山大學(xué)余思遠與蔡鑫倫團隊通過在硅基芯片上混合集成具有優(yōu)越線性電光效應(yīng)的鈮酸鋰薄膜材料，制備了硅與鈮酸鋰混合集成的電光調(diào)制器2021年富士通光器件公司FOC推出世界首款可商用的200GBaud薄膜鈮酸鋰調(diào)制器；元芯光電發(fā)布全國產(chǎn)薄膜鈮酸鋰強度調(diào)制器產(chǎn)品2022年中山大學(xué)與華為合作發(fā)表了世界首例基于鈮酸鋰薄膜的偏振復(fù)用相干光調(diào)制器芯片；鈮奧光電研制的鈮酸鋰薄膜相干調(diào)制器芯片支持世界首例260Gbuad

DP-QPSK信號100公里光纖傳輸；香港城市大學(xué)王騁團隊大幅提升薄膜鈮酸鋰調(diào)制器線性度及工作帶寬，為薄膜鈮酸鋰平臺應(yīng)用在微波和毫米波光子學(xué)的重要瓶頸提供了解決方案；新易盛在OFC

2022上展示了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器技術(shù)的下一代800G

OSFP

DR8光模塊2023年光庫科技在美國西部光電展上展示了薄膜鈮酸鋰強度調(diào)制器產(chǎn)品“C+L波段

70GHz

強度調(diào)制器（AM70）；新易盛在OFC2023上展示了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的800G

OSFP

DR8光模塊，功耗僅為11.2W薄膜鈮酸鋰調(diào)制器商業(yè)化落地，大規(guī)模量產(chǎn)在即。海外來看，2018年，哈佛大學(xué)Marko

Loncar團隊采用薄膜鈮酸鋰材料成功研制出帶寬達100GHz的CMOS電壓兼容的集成MZI電光調(diào)制器；2021年，富士通光器件公司FOC推出世界首款可商用200GBaud薄膜鈮酸鋰調(diào)制器。國內(nèi)來看，2019年，中山大學(xué)余思遠/蔡鑫倫團隊通過在硅基芯片上混合集成鈮酸鋰薄膜材料，制備了硅與鈮酸鋰混合集成的電光調(diào)制器；2021年，元芯光電發(fā)布全國產(chǎn)薄膜鈮酸鋰強度調(diào)制器產(chǎn)品；2022年，中山大學(xué)與華為合作發(fā)表世界首例基于鈮酸鋰薄膜的偏振復(fù)用相干光調(diào)制器芯片，鈮奧光電研制的鈮酸鋰薄膜相干調(diào)制器芯片支持世界首例260G波特DP-QPSK信號100公里光纖傳輸；2023年，光庫科技在美國西部光電展上展示了薄膜鈮酸鋰強度調(diào)制器產(chǎn)品，具有超高帶寬（＞70GHz）和小體積特點。多家公司已經(jīng)將薄膜鈮酸鋰調(diào)制器技術(shù)應(yīng)用到800G光模塊中。例如，

2022年，新易盛在OFC

2022上展示了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器技術(shù)的下一代800G

OSFP

DR8光模塊；2023年，新易盛在OFC

2023上展示了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的800G

OSFP

DR8光模塊，功耗僅為11.2W。表：薄膜鈮酸鋰調(diào)制器發(fā)展歷程華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，海通證券研究所測算注：其中光纖陀螺領(lǐng)域由于主要應(yīng)用在特種等領(lǐng)域，審慎原則我們僅測算國內(nèi)市場2.3

需求：長期薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場空間或超百億222024年全球調(diào)制器芯片及器件市場規(guī)模將達226億美元。根據(jù)光庫科2021年報援引WinterGreen

Research的數(shù)據(jù)，預(yù)測2024年全球調(diào)制器芯片及器件市場（包含通信、傳感及其他）將增長至226億美元。我們認為，隨相干光通信快速滲透，疊加光纖陀螺、超快激光器等非通信市場的需求后，長期全球薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模有望超百億。1）光通信領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，長期全球薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約59-88億元；2）光纖陀螺領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，2024年中國鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約50-67億元；3）超快激光器領(lǐng)域，根據(jù)我們測算，2024年全球鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約3.21億美元（約22億元）。圖：長期鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模測算（億元）鈮酸鋰調(diào)制器光通信光纖陀螺超快激光器有線電視視頻傳輸微波光子學(xué)其他圖：鈮酸鋰調(diào)制器的應(yīng)用領(lǐng)域1009080706050403020100光通信領(lǐng)域光纖陀螺領(lǐng)域超快激光器領(lǐng)域資料來源：源杰科技招股書，中國電子元件行業(yè)協(xié)會，海通證券研究所2.3.1

光通信：鈮酸鋰調(diào)制器是相干光通信系統(tǒng)的核心器件23光通信是以光信號為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)，通過電光轉(zhuǎn)換，以光信號進行傳輸信息的系統(tǒng)。在光通信系統(tǒng)中，信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶，光波就是載波，把信息加載到光波上的過程就是調(diào)制，光調(diào)制器就是實現(xiàn)從電信號到光信號的轉(zhuǎn)換的器件。鈮酸鋰調(diào)制器是相干光通信系統(tǒng)的核心器件。鈮酸鋰系列高速調(diào)制器芯片及器件主要應(yīng)用于高速、超高速相干光纖通訊網(wǎng)絡(luò)中光信號的調(diào)制，是搭建高速光網(wǎng)絡(luò)必不可少的器件，在100G/400G相干光通訊網(wǎng)絡(luò)中有非常廣泛的應(yīng)用。隨著5G網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信的高速發(fā)展，核心光網(wǎng)絡(luò)向超高速和超遠距離傳輸升級，對光通信骨干網(wǎng)的需求也不斷增加，鈮酸鋰調(diào)制器作為光通信骨干網(wǎng)的核心光器件，因其固有的優(yōu)點將會迎來重大發(fā)展機遇。圖：光調(diào)制器屬于光有源器件圖：光調(diào)制器處于光通信系統(tǒng)發(fā)射端資料來源：中興官網(wǎng)，易飛揚通信微信公眾號援引Gigalight，海通證券研究所2.3.1

光通信：相干下沉為鈮酸鋰調(diào)制器帶來重要機遇24相干下沉為鈮酸鋰調(diào)制器帶來重要發(fā)展機遇。隨著單通道傳輸速率的提高，現(xiàn)代光通信領(lǐng)域越來越多的應(yīng)用場景開始用到相干光傳輸技術(shù)，相干技術(shù)從過去的骨干網(wǎng)（>1000km）下沉到城域（100-1000km）甚至邊緣接入網(wǎng)（<100km）。另一方面在數(shù)通領(lǐng)域，相干技術(shù)也已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)（DCI）的主流方案（80-120km）。相干光鏈路的用量在未來幾年將迎來井噴式增長。我們認為，鈮酸鋰調(diào)制器作為相干光通信系統(tǒng)的核心器件，相干下沉?xí)M一步增加其需求，為其帶來重要發(fā)展機遇。圖：相干光模塊互通標準的發(fā)展演化 圖：光傳輸技術(shù)演進歷史資料來源：C114通信網(wǎng)援引Lightcounting，菲魅通信微信公眾號，光通信充電寶微信公眾號，海通證券研究所2.3.1

光通信：相干增長潛力較大，薄膜鈮酸鋰未來可期25相干光模塊增長潛力較大，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器未來可期。根據(jù)C114通信網(wǎng)援引Lightcounting數(shù)據(jù)，預(yù)計光模塊市場將從2020年的80億美元增加到2026年的145億美元。其中，以太網(wǎng)光模塊和CWDM/DWDM的強勁銷售占據(jù)市場增長的大部分。此外，旭創(chuàng)科技產(chǎn)品管理副總經(jīng)理丁海表示，到2025年，相干市場規(guī)模將僅次于以太網(wǎng)市場。而針對相干光模塊的技術(shù)演進，在光、電芯片技術(shù)發(fā)展方面，800ZR的光模塊產(chǎn)品可能會用到5nm甚至更先進制成的DSP芯片、硅基混合集成光芯片和Flip

Chip工藝等先進封裝技術(shù)，相干光收發(fā)組件要能支持96/128GBaud、DP-64QAM/DP-16QAM高階調(diào)制的信號。當波特率達到128GBd時，光芯片的帶寬至少要70~80GHz，基于硅光材料的調(diào)制器可能無法支持如此高的速率，而傳統(tǒng)III-V材料的光調(diào)制器理論上可以達到，但實現(xiàn)難度也會相當大。因此業(yè)界也在嘗試一些新的材料與器件技術(shù)，比如薄膜鈮酸鋰。鈮酸鋰一直被認為是用來做光調(diào)制器的優(yōu)選材料，傳統(tǒng)的體材料鈮酸鋰調(diào)制器由于體積龐大且?guī)捠芟抻谄骷叽?，無法支持64GBd以上的波特率應(yīng)用，近年來由于薄膜鈮酸鋰芯片加工技術(shù)的突破，使鈮酸鋰調(diào)制器也可以實現(xiàn)小尺寸和高帶寬，因此被認為是實現(xiàn)100GBd及以上的光調(diào)制器的潛在技術(shù)方向。圖：全球光模塊細分市場規(guī)模預(yù)測 圖：傳統(tǒng)光模塊（左）與相干光模塊（右）的區(qū)別資料來源：訊石光通訊網(wǎng)，全景網(wǎng)投資者關(guān)系互動平臺援引Cignal

AI，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，光庫科技《2020年創(chuàng)業(yè)板向特定對象發(fā)行股票募集說明書》，海通證券研究所測算2.3.1

光通信：長期薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模近百億26長期光通信領(lǐng)域全球高速相干薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約為59-88億元。根據(jù)全景網(wǎng)投資者關(guān)系互動平臺援引Cignal

AI預(yù)測，隨著高速相干光傳輸技術(shù)不斷從長途/干線下沉到區(qū)域/數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，用于高速相干光通信的數(shù)字光調(diào)制器需求將持續(xù)增長，2024年全球高速相干光調(diào)制器出貨量將達到200萬端口。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我們假設(shè)每個端口平均需要1-1.5個調(diào)制器，并假設(shè)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器滲透率可達50%；根據(jù)光庫科技定增說明書，我們假設(shè)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器平均售價約5865元/個，則對應(yīng)的市場空間約為59-88億元。圖：全球高速相干光調(diào)制器出貨量表：長期全球高速相干薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場空間測算指標 數(shù)量/金額全球高速相干光調(diào)制器出貨量/萬200每個端口所需調(diào)制器/個11.5調(diào)制器總數(shù)/萬200300薄膜鈮酸鋰調(diào)制器占比50%薄膜鈮酸鋰調(diào)制器出貨量/萬100150薄膜鈮酸鋰調(diào)制器售價/（元/個）5865薄膜鈮酸鋰市場空間/億元58.6587.982.3.2

光纖陀螺：鈮酸鋰Y波導(dǎo)是光纖陀螺的核心元器件光纖陀螺是慣性技術(shù)領(lǐng)域的主流陀螺儀表。光纖陀螺是一種基于Sagnac效應(yīng)的光纖旋轉(zhuǎn)傳感器，是光纖和光波器件組成的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，無運動部件，重量輕，可靠性高，配臵靈活，通過優(yōu)化設(shè)計可實現(xiàn)高精度、低成本，是目前慣性技術(shù)領(lǐng)域的主流陀螺儀表。光纖陀螺由光源、探測器、耦合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)組件、光信息處理電路等部分構(gòu)成。其中，

Y波導(dǎo)器件作為光纖陀螺的核心元器件單元，在陀螺系統(tǒng)中具有起偏、分束和合束的作用，其性能指標決定了陀螺的精度和穩(wěn)定性。鈮酸鋰Y波導(dǎo)是光纖陀螺最常用的相位調(diào)制器。光纖陀螺儀是基于Sagnac效應(yīng)應(yīng)用，光發(fā)射后經(jīng)過Y波導(dǎo)，當陀螺儀旋轉(zhuǎn)時Y波導(dǎo)（鈮酸鋰電光效應(yīng)）兩條光分路的光會產(chǎn)生相位差，從而返回到探測器時會形成干涉，探測光強度形成周期性變化。陀螺的轉(zhuǎn)速與干涉儀探測到的相位差成正比，從而可以獲知轉(zhuǎn)速、角度等精密測量信息。圖：光纖陀螺儀內(nèi)部采用鈮酸鋰芯片制作Y波導(dǎo)圖：光纖陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：長盈通招股書，立鼎產(chǎn)業(yè)研究院，海通證券研究所27資料來源：長盈通招股書，理工導(dǎo)航招股書，賽昇信息技術(shù)研究院，海通證券研究所測算2.3.2

光纖陀螺：24年中國鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約50億282024年中國光纖陀螺市場規(guī)模達257.7億元。根據(jù)長盈通招股書援引賽昇信息技術(shù)研究院的數(shù)據(jù)，2019

年國內(nèi)光纖陀螺市場規(guī)模為105.2億元，預(yù)計2024年市場規(guī)模將達257.7億元，2019-2024年CAGR為19.6%。根據(jù)理工導(dǎo)航招股書數(shù)據(jù)，我們假設(shè)光纖陀螺的毛利率約35%，并且假設(shè)光纖陀螺儀中鈮酸鋰調(diào)制器成本占比約30%-40%，則對應(yīng)2024年中國光纖陀螺領(lǐng)域鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約50-67億元。圖：2014-2024年中國光纖陀螺市場規(guī)模（億元）表：光纖陀螺領(lǐng)域鈮酸鋰調(diào)制器市場空間測算20192024中國光纖陀螺市場空間/億元105.2257.7光纖陀螺毛利率35%光纖陀螺成本/億元68.38167.51鈮酸鋰調(diào)制器成本占比30%40%30%40%中國鈮酸鋰調(diào)制器市場空間/億元20.5127.3550.2567.00資料來源：英諾激光招股書，宋方等《主動鎖模飛秒光纖激光器》，

《激光世界》期刊官網(wǎng)《高功率大能量飛秒脈沖激光技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》，海通證券研究所2.3.3

超快激光器：鈮酸鋰調(diào)制器是主動鎖模的關(guān)鍵器件29超快激光器（超短脈沖激光器）是指激光脈沖持續(xù)時間更短的激光器，主要包括皮秒（10-12s）激光器和飛秒（10-15s）激光器，以飛秒激光為代表的超快激光技術(shù)是全球前沿激光技術(shù)之一。而鎖模是激光器產(chǎn)生超短脈沖的方法，其一般分為主動鎖模和被動鎖模，前者是從外部向激光器輸入信號，周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗達到鎖模，后者則采用飽和吸收器，利用其非線性吸收達到損點相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。鈮酸鋰調(diào)制器是主動鎖模的關(guān)鍵器件。其工作原理是，正弦電壓信號作用于鈮酸鋰調(diào)制器，調(diào)制器將產(chǎn)生周期性的相位變化或者損耗，周期性的變化作用于諧振腔內(nèi)循環(huán)的脈沖，他們之間的相互影響使得產(chǎn)生鎖模序列。圖：鈮酸鋰調(diào)制器應(yīng)用于主動鎖模光纖激光器中圖：超快激光器工作原理資料來源：英諾激光招股書，Mordor

Intelligence，凌云光子微信公眾號援引《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，海通證券研究所測算2.3.3

超快激光器：24年全球鈮酸鋰調(diào)制器市場規(guī)模約20億302024年全球超快激光器市場規(guī)模達128.2億美元。根據(jù)英諾激光招股書援引Mordor

Intelligence的數(shù)據(jù)，

2018年全球超快激光市場容量約為33.7億美元，到2024年將達到128.2億美元，其中以中國為代表的亞洲市場將成為超快激光器的主要增長區(qū)域。根據(jù)《2021中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，2018年中國超快激光器市場規(guī)模為22.6億元，預(yù)計2021年將達到32.6億元。根據(jù)英諾激光招股書，我們假設(shè)超快激光器的毛利率約50%，