2026年通信光互联行业：CW激光器重构全球光芯片产业格局，IDM模式构建产业链壁垒

技术路径分化趋势清晰，CW 激光器成为硅光架构重要配置

数据中心光互联技术路径分化趋势清晰。一种是早期开发的 EML 设计，依靠高性能 EML 激光器芯片实现高 速率数据传输（如用于 400G 和 800G 光模块的 EML 激光器芯片）；第二是集成度更高的硅光架构，该架构 需要 CW 激光器芯片作为外部激光源，支持其高集成度。我们认为，数据中心下游 scale up 网络的发展，成 为 CPO/NPO 等新兴光互联技术重要的应用场景；而 CPO/NPO 的规模化应用将驱动硅光架构有望成为光互 联行业主流技术路径。

硅光架构的技术路径下，激光器芯片占据重要价值链地位。以非硅光光模块为例，其硬件成本结构主要包括 光芯片、电芯片、无源光器件、PCB 及机构件四大板块。对于硅光光互连产品，BOM 结构重构，原有的分 立调制器与大量无源光器件被集成为一颗硅光芯片（PIC），PCB 与机构件也被大幅简化；由于硅材料本身发 光效率低，难以直接实现高效光发射。当前外置 CW（连续波）光源成为硅光光模块的主流方案，且进一步 应用于 CPO/NPO 等场景。因此，硅光光模块 BOM 聚焦于‘硅光芯片’与‘激光器芯片’两大核心。其中 激光器芯片性能直接决定了下游光器件、光模块乃至整个光通信系统的传输速率与能效表现。

激光器芯片市场增速陡峭，2030 年市场或将超过 200 亿美元

Scale up 网络驱动光互连行业高景气发展。Scale up 网络要求实现超高带宽、超低延迟。光互联成为支撑 万亿级大模型与高实时性应用的关键解决方案。在此技术趋势下，全球光互连市场规模有望从 2024 年 179 亿美元，攀升至 2030 年的 1514 亿美元，年复合增长率高达 42.8%。

其中，2024 年全球数据中心光互连市场规模约 137 亿美元，预计 2030 年将增长至 1444 亿美元，对应年复 合增长率 48.1%。

受益于光互联高速发展，2030 年激光器芯片市场或将超过 200 亿美元。全球激光器芯片市场规模或将由 2024 年的 26 亿美元增长至 2030 年 229 亿美元，年复合增长率为 44.1%。其中数据中心领域贡献主要增量，2024 年市场规模 16 亿美元，预计 2030 年达到 211 亿美元，年复合增长率高达 53.4%。 其中，EML 与 CW 激光器芯片占据主要市场份额。EML 激光器芯片作为早期开发的解决方案，在 400G 及 以上光互连产品中广泛应用。而近年来，具备高集成、低成本优势的硅光解决方案成为演进方向，需配套大 功率 CW 激光器芯片。2024 年两类高端芯片合计市场规模达 9.7 亿美元，市场占比约 38.1%。随着 800G、 1.6T 及以上高速方案快速渗透，到 2030 年预计合计收入将达 208.0 亿美元，年复合增长率达 66.6%，市场 占比将达 90.9%。

NPO 及 CPO 驱动激光器芯片向大功率 CW 激光器芯片方向升级。在当前 400G、800G 乃至 1.6T 的主流硅 光高速光互连产品中，所采用的主流 CW 激光器芯片涵盖 50mW、70mW、100mW 等成熟功率型号。此外， 在 NPO 及 CPO 等下一代光电集成新技术推动下，150mW、300mW、400mW 更高功率规格 CW 光源，正 逐步落地新一代光互连产品商业化研发进程。从细分增速结构来看：50mW 及以下产品 2024-2030 年 CAGR 为 62.5%，70mW 及 100mW 主力产品 CAGR 高达 127.2%，100mW 以上大功率高端 CW 芯片 CAGR 更是 达到 276.2%。

技术概览

3.1 激光器芯片原理：半导体增益介质实现粒子数反转与受激辐射

本节主要详细整理了激光器的核心技术原理，有助于后续说明激光器芯片设计制造环节涉及的技术门槛。 激光器是一种精密的光电转换装置。其将无序泵浦能量，通过受激辐射、粒子数反转核心机制，转化为具有 高度有序性（单色性、相干性、方向性）的相干电磁辐射（激光束）。其工作依赖三大核心组件协同：泵浦 源负责提供能量，增益介质实现粒子数反转与受激辐射，光学谐振腔则完成光的放大、筛选并输出稳定激光。

激光的产生是基于量子力学中物质与光的相互作用，受激辐射是核心过程。原子内的电子只能处于一系列不 连续的量子化能级，其中能量最低的稳定状态为基态 E1，高于基态的为激发态 E2。原子与光子的相互作用 分为三类：一是受激吸收，当一个能量为 hv 的外来光子入射到原子上，且该能量恰好等于原子某两个能级(例 如基态 E1 和激发态 E2)之间的能量差，处于低能级 E1 的原子会与之吸收能量匹配的光子，跃迁到高能级 E2；二是自发辐射，激发态原子因不稳定，无外界干预下随机跃迁回低能级 E1 并释放一个能量为 hv=E2-E1 的光子，日常太阳、白炽灯等非相干光均源于此；三是受激辐射，激发态原子在能量匹配的光子激励下，提 前跃迁回低能级，释放出与入射光子完全一致的新光子，实现光子“克隆”与光放大，这是激光产生的核心 物理基础。

激光器通过四能级系统实现并维持粒子数反转。在热平衡条件下，根据玻尔兹曼分布，低能级原子数量远多 于处于高能级的原子数量，光子入射时被基态的原子所吸收的概率远大于被处于激发态的原子吸收并引发受 激辐射的概率，因此光通常会被衰减。要实现光放大，必须打破平衡，创造高能级原子数多于低能级的粒子 数反转状态。二能级系统因受激吸收与受激辐射概率相同，最多仅能达到粒子数相等的饱和状态，无法实现 连续激光放大；三能级系统通过引入一种寿命相对较长的亚稳态，让原子快速聚集在亚稳态并实现亚稳态相 对于基态的粒子数反转，但因其激光跃迁的终态为粒子数本就密集的基态 E1，需要极高的泵浦能量才能实现 反转，因此整体泵浦阈值高、工作效率偏低；四能级系统则在基态与激发态能级间增加一个能级，激光跃迁 终态不再是粒子密集的基态 E1，且该能级粒子快速衰变，大幅降低泵浦阈值、提升效率，成为主流激光器的 核心能级结构。

半导体增益介质激光器具有体积小、效率高（电光转换效率超 50%）、成本低、可直接调制等优势，成为目 前产量最大、应用最广泛的激光器类型。增益介质是激光器中能够在外界能量激励下实现粒子数反转，并通 过受激辐射过程对特定波长的光进行放大的材料集合。半导体 PN 结或异质结结构对应不同波段。砷化镓 （GaAs）/AlGaAs 发射波段约为 780-850nm 的近红外光，用于 CD/DVD 与光纤通信；InGaAsP/InP 发射 1.3-1.55µm 波段的激光，适配光纤通信；氮化镓（GaN）/InGaN 发射蓝、绿光，是蓝光 DVD、高清投影与 固态照明的核心材料。 电流注入是半导体激光器的独特泵浦方式。泵浦是指通过外部能源向增益介质注入能量，将其中的原子或分 子从低能级激发到高能级，从而在特定的能级之间建立并维持粒子数反转状态的过程。从能量守恒的角度看， 激光器输出的激光能量，本质上来源于泵浦源所提供的能量，增益介质在其中扮演了能量转换和放大的角色。 半导体激光器的核心是一个 PN 结，当对该 PN 结施加正向偏压时，大量的电子从 N 区、空穴从 P 区被注入 到中间的有源区。在有源区内，电子和空穴相遇并发生辐射复合，直接将电能高效地转化为光子，并在此区 域建立起粒子数反转。

光学谐振腔是一个由两面或多面高反射率反射镜构成的光学系统。常见的谐振腔构型主要包括平形平面腔、 共焦腔、同心腔和环形腔。光学谐振腔的核心功能主要体现在以下两个方面： （1）提供光学正反馈：增益介质中受激辐射产生的光子，在没有谐振腔的情况下，会向四面八方传播并离 开介质，只能实现一次微弱的放大。谐振腔的反射镜将沿光轴方向传播的光子反射回增益介质中，让它们有 机会再次引发新的受激辐射。这个过程不断重复，如同雪崩一般，使得腔内的光子数量呈指数级增长，光强 度被急剧放大。 （2）模式选择：谐振腔不仅放大光，更重要的是对光进行“筛选”和“整形”。光是一种电磁波，在谐振腔 内来回传播时会发生干涉，只有那些在腔内往返一周后，其相位与初始相位完全相同的光波（即满足驻波条 件，光程差为波长的整数倍）才能发生相长干涉，从而被保留和放大。而其他频率或方向的光波，则会因为 相消干涉而迅速衰减。这个过程确保了最终输出的激光具有极高的单色性和方向性。

3.2 CW 激光器芯片功能定位：大功率分路供能，实现降本及简化封装

本节内容主要整理了激光器芯片产品类型，对比分立式光模块所需的 EML 芯片，说明硅光架构下 CW 激光 器芯片的功能定位，从而判断其在硅光互联产品中的价值量。 硅光芯片引领信息光子产业。半导体激光器具有电光转换效率高、体积小、可靠性强、寿命长、波长覆盖广、 调制速率高等核心优势，可将电能高效转化为不同能量的光子，根据光子类型，可分为信息光子和能量光子。 信息光子激光器应用领域主要有光通信、硅光芯片、激光雷达与探测器等。目前硅光芯片借助成熟的 CMOS 工艺，显著提升光模块集成度，成为驱动光互联产业链发展的关键引擎。