光模块的基础和核心--光芯片知识介绍
光芯片是光模块和光器件的核心元器件，主要用于光电信号的转换。光芯片按照不同的材料类别分为 InP 系列、GaAs 系列、Si/Si02 系列、SiP 系列、LiNbO3 系列。每个系列对应着不同的产品类型。
表格：光通信用芯片主要产品类型
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产品类别 |
具体产品类型 |
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InP 系列 |
高速直接调制 DFB 和外调制 EML 芯片、PIN 与 APD 芯片、高速调制器芯片、多通道可调激光器芯片 |
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GaAs 系列 |
高速 VCSEL 芯片、泵浦激光器芯片 |
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芯片 |
Si/SiO2 系列 |
PLC、AWG、MEMS 芯片 |
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SiP 系列 |
相干光收发芯片、高速调制器、光开关等芯片；TIA、LDDriver、CDR 芯片 |
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LiNbO3 系列 |
高速调制器芯片 |
在光通信系统中，比较核心的芯片，就是激光器芯片。常见的激光器芯片主要包括 FP、DFB、EML、VCSEL 等类型，分别对应着不同的应用场景。
（1）按照调制类型可分为直接调制和外调制。直接调制是电路直接控制激光开关，一般仅由单颗激光器构成；外调制是由外电路控制激光开关，一般由两部分构成，分别是激光器和调制器。FP、DFB 和 VCSEL 属于直接调制的类型，EML 是外调制的类型。EML 一般是由 DFB 外加调制器 EAM 共同构成。
（2）按照发光类型分为面发射和边发射。其中 VCSEL 属于面发射类型，FP、DFB 和EML 属于边发射的类型。
（3）按照腔面类型分为垂直腔面和水平腔面。其中 VCSEL 属于垂直的腔面类型，FP和 DFB 属于水平的腔面类型。
图：根据发光类型分类
图：根据腔面类型分类
基于 FP、DFB、EML、VCSEL 芯片的激光器有着各自的适用范围和优势，在不同距离光通信传输场景中起着自己独特的作用。
主要半导体激光器比较
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VCSEL |
FP |
DFB |
EML |
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工作波长 |
800nm-900nm |
850nm-1310nm |
850nm-1310nm |
1310nm-1550nm |
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价格（美元） |
1.5-3 |
3-4 |
8 左右 |
60 左右 |
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线宽 |
0.35nm |
>1nm |
<0.04nm |
<0.04nm |
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优点 |
线宽窄，功耗低，调制 效率高，成本低 |
调制效率高 |
波长稳定性好 |
调制效率高、稳定性好 |
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应用场景 |
短距光通信，3D 感应等 |
中距离通信 |
长距离通信 |
高速率，超长距离通信 |
在光通信领域，光器件位于整个产业链的上游。在细分的光器件领域，光芯片则是光器件的核心，先进的芯片研发和制造技术已成为企业的核心竞争力。目前由于光芯片的技术壁垒较厚，海外的光器件厂商还占据着市场的主导地位。高端光芯片的供应商还主要集中在美国和日本。
高端激光器芯片主要供应商
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高端激光器类型 |
全球主要供应商 |
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DFB |
Avago、三菱 |
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EML |
Neophotonics、Oclaro、住友 |
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VCSEL |
Lumentum、Finisar、Ⅱ-Ⅵ、Avago、三菱 |
由于光芯片的技术壁垒较高，而且企业自行研发的投入很高，很多国外企业都采用并购的方式使得自身的芯片产品系列不断扩充和完善。并购除了使企业减少了大幅的资金投入，也可以让企业在更短的时间占领光器件的市场，并在既有芯片的基础之上对其他相关类型的芯片研发产生一定的协同作用。
全球光器件厂商并购案例
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收购公司 |
被收购公司 |
收购日期 |
被收购公司的主要产品 |
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Finisar |
Lgnis |
2011 年 3 月 |
集成 SOA、可调激光器 |
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U2T |
2014 年 1 月 |
基于 InP 的高速探测器 |
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Cyoptics |
2013 年 4 月 |
单模 InP 激光器、探测器和光子集成等 |
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Avago |
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Broadcom |
2015 年 5 月 |
无线晶片（IC）产品组合等 |
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Ⅱ-Ⅵ |
Oclaro 砷化镓制造厂 |
2013 年 9 月 |
砷化镓制造厂、相应的高功率激光二极管、VCSEL 和 980nm 的泵浦激光器产品线 |
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住友 |
Emorce |
2012 年 3 月 |
数据中心和本地网络的并行收发器，有源光缆以及其他 VCSEL 组件 |
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Oclaro |
Mintera |
2010 年 7 月 |
第一代 40Gbps 光模块技术 |
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Opnext |
2012 年 7 月 |
高速边射型光器件 |
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Neophotonics |
Lapis |
2013 年 3 月 |
高速激光器、激光器驱动芯片、PD 和高速放大器芯片 |
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Lementum |
Oclaro |
2018 年 3 月 |
405nm-1470nm 全系列芯片 |