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光電模塊外殼用什么材料好些

作者:網絡投稿            發布時間:2023-03-21 00:00            閱讀次數:159

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本文目錄一覽:

1、光電模塊外殼用什么材料好些

2、光電傳感器往哪邊擰是距離遠?

光電模塊外殼用什么材料好些

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1、5G 驅動電信光模塊重回增長,2023 年有望達到 46 億美 元,中國市場 2021 年達到巔峰 158 億元人民幣

1.1、光模塊市場規模 67 億美元,光芯片占據 50%成本

2019 年光模塊市場規模預計為 67 億美元,電信用產品占比 44.7%,5G 驅動下 19-23 年 CAGR 11.5%。光模塊作為光電信號轉換的重要有源器件,廣泛存在于 光纖通信系統中。根據 LightCounting 的數據,全球 4G 建設速度大幅下降,導致 電信用光模塊市場 2017/18 年下滑 11.7%/3.3%。此外 LightCounting 預測,全球光 模塊市場規模 2019 年達到 67 億美元,其中電信產品占比 44.9%,數通產品占比 50.2%。伴隨 5G 建設,電信產品有望重回增長,2023 年達到 46 億美元,2019-23 年 CAGR 11.5%。

光模塊的主要結構為 TOSA+ROSA。光模塊的主要作用是實現光信號和電信號的 互相轉換,可以分為接收端和發射端,其中發射端把電信號轉換為光信號,由 TOSA(transmitter optical sub-assembly,光發射次模塊)和對應的驅動電路構成, 核心為激光器;接收端把光信號轉換為電信號,由 ROSA(receiver optical sub-assembly,光接收次模塊)和放大電路構成,核心為光電探測器。

TOSA+ROSA 成本占比約為 50%,目前高端芯片主要掌握在美、日廠商手中。 通過對光模塊的成本的拆解,光器件共占成本的 79%,而在光器件中,TOSA 和 ROSA 共占 63%,即占總成本的 50%。從全球來看,國內企業主要在無源器件(不 涉及光電信號轉換) 、低速光芯片等中低端細分市場有競爭優勢,但高端光芯片仍 主要掌握在美、日廠商中,包括美國的 Finisar、Lumentum、Neophotonics 和日本 的 Sumitomo、Fujitsu。


1.2、5G 建設將拉動國內電信用光模塊需求,2021 年有望達到 158 億元 人民幣

2019 年國內電信側光模塊市場將達到 17 億美元。根據 LightCounting 的數據,經 歷了 2014-16 年 4G 建設以及中移動 FTTH 建設的高峰期后,國內電信側光模塊市 場規模出現下滑,2017 年下滑 29%。2018 年伴隨 4G 擴容建設光模塊市場出現回 暖,LightCounting 預計 2019 年國內電信側光模塊市場規模將達到 17 億美元。

2019-28 年,移動建設 190 萬座 5G 基站,聯通和電信共建 235 萬座 5G 基站,共 建共享不影響光模塊數量。如果十年建設一個與目前4G同等覆蓋程度的5G網絡, 我們估算移動需要建設 190 萬座基站。而對于聯通和電信,采用 3.5GHz 頻段, 我們估算兩者共需建設 235 萬座 5G 基站。而對于中國移動 160MHz 的頻譜帶寬, 如果采用光纖直連,一個宏基站對應 12 支光模塊,如果采用 Open-WDM,對應 24 支光模塊。對于中國聯通和電信,由于兩家共享 200MHz 的頻譜,所需光模塊 數量較 100MHz 翻倍,一個宏站對應 12 支光模塊,因此共建共享不會減少光模塊數量。

巔峰時期 2021 年,國內 5G 所需光模塊市場規模有望達到 69 億元人民幣,25G 光模塊占比 76.2%。根據《5G 技術發展白皮書》的網絡架構,CU(central unit, 集中單元)與 DU 與宏基站的比例為 1:6:48。其中一個 DU 與 CU 連接需要 4 支光模塊,為 50G/100G。CU 與匯聚層以及核心網相連需要 200G/400G 光模塊。 根據預測的宏基站數量以及單基站用量,我們預計國內 5G 建設帶來的整體光模 塊需求(2019-28 年)為 284 億元人民幣,其中 25G 光模塊占比 77.1%;有望于 2021 年達到巔峰 69 億元人民幣,2019-21 年 CAGR 132.6%;其中 25G 光模塊需 求為 1766 萬支,規模為 52.6 億元,占比 76.2%。

5G 驅動,2021 年國內電信用光模塊市場規模達到 158 億元人民幣,2019-21 年 CAGR 15.3%。結合 LightCounting 的數據,我們假設 2021 年國內固網以及骨干 網光模塊市場規模為 12.8 億美元,則 2021 年國內電信用光模塊市場規模為 22.7 億美元,即 158 億元人民幣,2019-21 年 CAGR 15.3%。

2、光模塊的規格和數量取決于應用場景

2.1、不同場景下,TOSA/ROSA 種類不同

FP 激光器多用于 FTTx,DFB 多用于無線側和數據中心,EML 多用于骨干網和 數據中心互聯,VCSEL 多用于數據中心。TOSA 將電信號轉換為光信號,主要由 LD(激光二極管)、封焊管體、陶瓷插芯、陶瓷套管、適配器等組成。其中激光 器主要為 FP(Fabry-Perot)激光器、直調式 DFB(distributed feedback laser,分 布式反饋激光器)、EML(electro-absorption modulated laser,電吸收調制激光器) 和 VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser,垂直腔面發射激光器) ,采用的 材料為InP或AlGaAs/GaAs; LD的封裝一般采用TO-CAN(transmitter outliner can) 封裝、蝶形封裝、COB 封裝、BOX 封裝以及 Flip Clip 封裝。

其中 FP 激光器利用 FP 諧振腔進行模式選擇,產生多縱模的光源,主要利用電信 號對驅動電流的調制實現對光信號的調制。由于光源為多縱模,傳輸距離較短, 最大傳輸速率較低多為 1.25Gb/s 以內。

DFB 激光器內置布拉格光柵,產生單縱模的光源,而直調式 DFB 則將電信號直 接加載到激光器的驅動電流上,從而對產生的光信號進行調制,由于直接對驅動 電流進行調制會導致波長漂移(啁啾),從而會產生色散,影響最大傳輸距離。此 外,傳輸信號的帶寬也會因激光器線寬受到限制。而由于激光器有增益飽和效應, 線性工作區有限,難以實現較高的消光比,增加了系統誤碼率。

EML 激光器中包含一個電吸收調制器,基于 Franz-Keldysh 效應(即施加電場引 起晶體吸收光譜的變化)或 QCSE(Quantum-confined Stark effect,量子限制 Stark 效應) ,將電信號加載在調制器上,改變光吸收大小,從而實現對光信號的調制, 利用這種調制方式,波長漂移(啁啾)小,線性工作區較大,信號傳輸質量高, 最大傳輸速率較高,但是價格較為昂貴。

VCSEL 主要是利用面發射,對驅動電流進行直接調制。同時由于 VCSEL 激光器 的體積較小,其產生激光的閾值電流較??;輸出光束質量較高,發散角較小,光 斑承圓形對稱分布,因此與光纖的耦合效率較高,尤其是與多模光纖的耦合效率 可以高于 90%。因此多模光模塊多采用 VCSEL,但是傳輸距離較短,多為幾十米至幾百米。

ROSA 按光探測器的種類可以分為 APD 和 PIN 兩種類型。ROSA 將光信號轉換 為電信號,主要由 PD(光電二極管) 、塑封配適器、金屬配適器、閉口套管等組 成。其中 PD 主要分為 PIN(移相開關二極管)和 APD(avalanche photodiode, 雪崩光電二極管) 。其中,PIN 光電二極管通過 P 型和 N 型半導體之間的 I 型區域, 吸收光并產生光電流,具有線性工作區大,噪聲小,功耗低等特點;而 APD 在 PIN 的基礎上采用雪崩倍增效應,將接收到的光電流放大,提升探測靈敏度,但 是放大的同時也會引入較大的噪聲,降低信號質量,誤碼率升高。

光模塊的封裝主要包括:SFP/SFP+封裝、XFP 封裝、QSFP+/QSFP28 封裝、CFP 封裝等。SFP(Small form-factor pluggable)為小型可插拔型封裝,支持 LC 光纖 連接,速率最高為 4Gbps,SFP+在 SFP 的基礎上速率有所提升,最高速率可達 10Gbps。XFP(10GB small form-factor pluggable)指一種 10GE 小型可插拔光模 塊,尺寸比 SFP+大。QSFP+(Quad small form-factor pluggable)指四通道小型可 熱插拔光模塊,通信速率為 40Gbps,尺寸比 SFP+大;QSFP28 封裝大小與 QSFP+ 相同,支持 100Gbps 的速率。CFP(Centum form-factor pluggable)是一種基于密集 波分復用的新型光模塊標準,同時支持數通和電信傳輸兩大應用,速率可達 100Gbps。

2.2、電信網絡:從接入網到骨干網,所需光模塊數量逐步減少,速率 逐步提升

電信網絡主要分為接入網,城域網以及骨干網,速率和傳輸距離不同。其中,接 入網(Access Network)是與業務和應用無關的傳送網,主要完成交叉連接、復用 和傳輸功能,將企業、個人用戶、數據中心等接入網絡,包括固網接入以及無線 接入;城域網(Metropolitan Area Network)主要是一個城市區域內的信息通信基 礎設施,主要是以光纖作為傳輸媒介,是接入網與骨干網的中間環節;骨干網是 用于連接多個區域以及地區的高速網絡。傳輸距離上看,接入網的傳輸距離一般 小于 100km,城域網的傳輸距離一般為 100-800km,骨干網的傳輸距離一般為 800-2000km。

接入層光模塊數量取決于終端設備數,城域網和骨干網取決于數據流量。在接入 層由于設備數量較多,以滿足連接需求為主,因此光模塊的數量與終端設備數掛 鉤,數據流量方面冗余較大,所用光模塊速率較低但數量最大。而在城域網和骨 干網,網絡結構比較精簡,因此光模塊的數量與數據流量掛鉤,所用光模塊速率 較高,數量少于接入層。

接入網:固網和移動網均需要大量低速光模塊

固網接入一般采用 PON,光模塊消耗量較大。PON(Passive Optical Network,無 源光網絡)是指利用無源設備搭建而成的光網絡,其中無源設備指不需額外電源 的電子設備,不涉及到信號的轉換以及放大;相較于有源設備,無源設備的故障 率低,可靠性高,一般使用壽命較長,維護成本較低。PON 網絡主要由光線路終 端 OLT(Optical Line Terminal), 光分配網絡 ODN(Optical Distribution Network) 和光網絡單元/終端 ONU/ONT(Optical Network Unit/Optical Network Terminal)構 成。

其中 OLT 主要是將多種業務的信號在局端匯聚,并以一定的格式向下傳輸給終端 用戶(下行) ,另一方面將來自終端用戶的信號按照業務類型分別送入不同的業務 網絡中(上行) 。ODN 主要完成信號的上下行傳輸,主要采用分光器。ONU/ONT 是用戶側的設備,其中 ONT 直接應用于最終用戶,適用于 FTTH 的場景,ONU 則與用戶直接仍有一定距離,可以再通過網線、光纖等連接最終用戶,適用于 FTTB、FTTO 等場景。OLT、ODN 和 ONU/ONT 設備之間的連接需求較大,終端 設備數量較多,光模塊用量較大。


OLT 和 ONU 一臺設備消耗上百個光模塊,速率較低一般為 1.5Gb/s。由于網絡的 特點,PON 光模塊往往為一對多的模式,模塊不成對使用。以華為 OLT 平臺 MA5800-X17 為例,共有 17 個業務槽板,每個業務槽板支持 16 個 PON 端口,則 單臺設備共支持 272 個 PON 端口。由于 PON 一般應用于小區域內,傳輸距離較 短,一般為 20km 以內,傳輸速率較低一般為 1.5Gb/s,此外,上行波長為 1310nm, 下行波長為 1490nm。目前運營商主要采用傳輸協議為 EPON 和 GPON,其封裝 形式包括 SFF,SFP/SFP+。

在無線側接入網,光模塊主要用于 RRU 和 BBU 相連,和 BBU 接入城域網,4G 時期接入速率多為 10Gb/s。4G BBU(baseband unit,基帶單元)與 RRU(remote radio unit,射頻拉遠單元)之間采用高速 CPRI 協議(Common Public Radio Interface,通用公共無線電接口) ,一般為點對點雙纖直連,傳輸距離也往往在 200m 以內;4G BBU 接入城域網速率以 10Gb/s 為主,封裝多為 SFPSFP+和 QSFP28, 傳輸距離 10km/40km。室分基站往往采用了多個 RRU 級聯,共享一個 CPRI 接口 的組網模式,目前典型配置是 2-3 級 RRU 級聯實現頻點覆蓋。

城域網:根據數據量大小,采用 40G/100G 光模塊

城域網起承上啟下作用,對成本較為敏感,可采用以太網直連或 CWDM 降低成 本。城域網業務類型復雜,需要承載傳統的語音業務、互聯網業務以及未來的各 類新興業務。此外,由于業務復雜度提升,用戶需求提升,城域網需要足夠的靈 活性、可擴展性以及快速反映能力來適應需求的變化。同時由于業務的帶寬和用 戶數量都呈現高速增長的趨勢,也給城域網造成了巨大的帶寬壓力以及業務管理 壓力,城域網需要及時的擴容以及升級。另外,與骨干網相比,由于城域網所需 的連接距離更短,對于成本較為敏感,因此目前可以通過以太網直連或者 CWDM (Coarse wavelength-division multiplexing,粗波分復用)等傳輸技術降低成本。

城域網匯聚層多采用 40GE/100GE 光模塊,用量與數據流量掛鉤。目前中國移動 的城域網采用 PTN 結構,PTN 組網結構以華為的 PTN 7900-32 和 PTN960 為例, 其中 PTN 7900-32 用于城域網的匯聚層,最大支持 12.8Tbps 的交換容量,共有 32 個處理板,每個板卡有 1-4 個光模塊接口,所使用的光模塊多為 CFP/CFP2 以及 QSFP28 封裝,速率為 40GE/100GE,傳輸距離為 10km/40km/80km,光模塊數量 取決于數據流量。聯通和電信的城域網采用 IP RAN 結構,其光模塊規格以及用 量與 PTN 設備類似。

骨干網:數量少速率高,采用高速彩光模塊

骨干網主要采用支持高速大容量長距傳輸的 OTN 技術,采用光模塊多為 WDM/DWDM 光模塊(即彩光模塊),速率多為 100G,但總體數量較少。OTN (光傳送網)技術實際上是基于 WDM(波分復用)的全光網絡,將傳送網推進 到了真正的多波長光網絡階段。OTN 可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到 端波長/子波長連接,以及電信級的保護,并加強子波長匯聚、疏導能力。OTN 配置、復用以及交叉的顆粒明顯大于前代網絡技術,從而大大提升了高帶寬數據 業務的傳送效率和適配能力。此外,OTN 可以最大限度利用現有設備資源,并可 以提供跟靈活的基于電層和光層的業務保護功能。

運營商自 2010 年開始進行 OTN 網絡的部署,目前采購的 OTN 設備多采用 WDM/DWDM 100G 光模塊。以華為 OptiX OSN 8800 為例,該系列單設備最多具 有 64 個業務卡槽,每個業務板有 2-8 個光模塊接口,多采用 DWDM 光模塊,封 裝為 eSFP,XFP 和 SFP+三種模式。

2.3、5G 將帶來規格和數量的提升

5G 時期,無線網絡增加中傳環節,光模塊規格以及數量同步提升。5G 時期,無 線接入側將發生較大的改變,原有 RRU 以及 BBU 部分物理層處理功能上移與天 線合并成為 AAU(active antenna units,有源天線),以此進一步減少饋線的長度, 從而減少信號的損耗。原有的 BBU 的非實時部分分割出來,重新定義成為 CU (centralized unit), 來負責處理非實時的協議和服務;BBU 剩余的物理層功能以 及實時功能重新定義為 DU(distributed unit)。 因此網絡結構從此前的兩段連接變為三段連接,所需光模塊數量相應增加。

此外,根據 IM-2020(5G)推進組給出的技術方案,光模塊要求如下:在無線接 入側采用 10G/25G/100Gb/s 灰光或 Nx25G/50Gb/s WDM 彩光;城域網匯聚層采用 100G/200Gb/s 灰光或 Nx100Gb/s WDM 彩光;在城域網核心層以及骨干網采用 200G/400Gb/s 灰光或 Nx100G/200G/400Gb/s WDM 彩光。光模塊的規格較此前的 4G 網絡(接入側 10Gb/s,匯聚層 40Gb/s,核心網及骨干網 100Gb/s)均有提升。


5G 前傳:連接數量最大,速率多為 25Gb/s

5G 前傳四種技術方案中,有源/無源 WDM 和 SPN 方案消耗光模塊數量為光纖直 連的一倍。5G 前傳的技術方案包括:光纖直連、無源 WDM、有源 WDM/OTN、 切片分組網絡(SPN)等。其中光纖直連方式最簡單,成本最低,但是無法滿足 網絡保護、監控等管理功能,因此無法給 uRLLC 業務提供高可靠性,且消耗光纖 資源最多;無源 WDM 方案采用彩光模塊,消耗光纖資源較少,無源設備便于維 護,但是依舊無法實現網絡監控、保護、管理等功能;有源 WDM/OTN 節省光纖 資源,可以實現性能架空、故障檢測等 OAM 功能,且提供網絡保護,該技術天 然具有大帶寬低時延的特性,缺點是建網成本較高;SPN 方案同樣可以實現 OAM 功能,并提供網絡保護,具備大帶寬低延時的特點,同時可以通過網絡切片化滿 足不同應用場景的要求,缺點是建網成本較高。其中有源/無源 WDM 方案和 SPN 方案所需光模塊為光纖直連方案的一倍。


中國移動提出 Open-WDM/MWDM 技術方案,前傳光模塊數量較 4G 翻倍。2019 年 9 月 3 日,中國移動李晗首次公布了中國移動的 5G 前傳 Open-WDM/MWDM 技術方案,將在前傳中使用低成本的 25G CWDM 光模塊實現 12 波長系統。由于 傳統的 BBU 僅與 3 個 RRU 相連,只需要 3 對(共 6 只)光模塊。但是 5G 時期, 一個 DU(distributed unit,分布單元)可能與需要與 30 站以上的站點相連,此外 由于中國移動在 2.6GHz 共有 160MHz 的帶寬資源,每個 AAU(active antenna unit, 有源天線)需要兩對(四只)光模塊,一個 CU 可能需要連接 180 對光模塊,需 要 360 芯光纖,對光纖消耗極大。因此中國移動針對以上規模集中場景引入了 WDM 技術。相應的每個基站對應 24 支 25G 光模塊,為 4G 時期的四倍,較光纖 直連方案翻一倍,每個 CU 只需一根光纖。

前傳光模塊需求占比最大,25G 產品市場空間較大。從連接數量上看,前傳光模 塊數量最大,在 5G 承載網絡中需求最高,同時由于應用場景通常為室外,需要 工業級的光模塊,速率為 25Gb/s,同時正常工作溫度范圍要求較大,為-40 度至+85 度。采用的激光器/探測器組合方案取決于傳輸距離,對于較短傳輸距離 (100m/300m,往往用在 DU 與 AAU 距離較近的情況)可以采用多模光纖,波長 為 850nm,采用激光器/探測器類型為 VCSEL/PIN 組合,而對于中長距離傳輸 (10km/20km,DU 與 AAU 距離較遠)采用單模光纖,波長為 1310nm/1550nm, 采用激光器/探測器類型多為 DFB/PIN 或 EML/PIN 組合。因此,這幾種類型的光 模塊在 5G 規模建設時期有望大批量出貨,市場空間較大。

5G 中回傳:多為 50G/100G 灰光或 WDM 彩光模塊

5G 接入網中回傳所采用光模塊多為 50G/100Gb/s 灰光或者 WDM 彩光。由于 5G 接入側中回傳網絡的核心功能主要包括多層級承載網絡、靈活化連接調度、層次 化網絡切片、4G/5G 混合承載以及低成本高速組網等要求,還需支持 L0~L3 層的 綜合傳送能力,主要技術方案包括 SPN、面向移動承載優化的 OTN(M-OTN)、 IP RAN 增強+光層,所采用的光模塊以 50G/100Gb/s 灰光或 WDM 彩光模塊為主。

由于中傳和回傳場景下,光模塊往往應用于散熱條件較好的機房內,因此可以采 用商業級光模塊。目前 80km 以下的傳輸距離,主要應用 25Gb/s NRZ 或 50/100/200/400/Gb/s 的 PAM4 光模塊, 80km 以上的長距傳輸將主要采用相干光模 塊(單載波 100/400Gb/s) 。

3、行業技術格局尚且穩定,中國即將開啟運營商集采

3.1、硅光技術尚未成熟,無法大規模應用,行業技術格局尚且穩定

硅光技術尚未成熟,未來僅在高速產品中有所應用,短期內行業技術格局穩定。 目前市場擔心硅光技術將會帶來較大的技術變革,改變現有的行業格局。誠然硅 光技術可以與后續電芯片進行深度耦合,從而提升效率,并且兼容 CMOS 工藝, 可以實現規模效應,但硅光技術存在一定缺陷,短時間內難以解決,無法達到規 模效應并有效降低成本。我們認為硅光技術未來僅在高速產品中有所應用,行業 技術格局仍將保持穩定。

硅光產品良率較低,傳輸損耗較大,成本優勢不明顯。由于 InP 和 GaAs(III-V 族材料)晶圓尺寸較小,材料成本高,加工成本較高,業內人士希望通過大尺寸、 加工技術成熟的硅晶圓替代 InP 和 GaAs。但是由于硅是間接帶隙材料,發生非直 接躍遷的概率極小,因此硅發光效率極低,若采用硅光技術來制作光模塊,光源 成為一個難點。目前主要采用 III-V 族材料與硅結合(即 III/V-Si 異質集成系統) 的方法實現,但是由于兩者晶格不匹配,導致二者只能通過分子間的范德華力結 合,相互作用較弱,因此產品良率較低,目前 Intel,III-V labs 等大公司主要采用 這種方法。

此外,硅光波導傳輸損耗較大,目前加工廠最小損耗為 1dB/cm@1550nm,硅基 光學器件效率較低。以及由于雙光子吸收效應,當輸入功率超過一定閾值后,硅光波導傳輸損耗明顯增加,因此硅光模塊難以用于長距離傳輸。此外硅光波導跟 光纖耦合效率較低,損耗較大。多種因素影響下,目前硅光模塊的成本優勢不明 顯,Intel 100G PSM4 QSFP28 硅光模塊價格為 3990 歐元,而 Cisco 的同類產品價 格僅為 300 歐元。并且這些問題主要源于硅材料本身的問題,難以解決。

光模塊行業格局不會因為硅光技術發生重大變革。從生產成本以及材料本身特性 考慮,我們認為硅光難以取代現有 III-V 族技術,尤其是在長距傳輸中,因此行業 技術格局仍將保持穩定。目前主要從事硅光模塊研發的公司也為 Intel 等半導體公 司,主要是因為這些公司現有的 CMOS 工藝較為成熟,成本較低,而傳統光器件 大廠對待硅光的態度仍比較謹慎。

硅光未來可能僅在短距超高速傳輸中有部分應用,2020 年出貨量占比預計為 5%。 由于未來高速傳輸往往采用更加復雜的調制格式(PAM4,PAM8 等) ,后續的數 字信號處理(DSP)芯片難度增加,通過光模塊與 DSP 芯片更加深度的集成可以 提高效率。我們認為未來硅光在短距超高速傳輸(例如數據中心內)中,可能會 有部分應用。但目前集成度的提升并不能彌補材料本身帶來的缺陷,并且市場規 模不及傳統芯片,尚未達到規模效應,因此高速傳輸目前仍以傳統光模塊為主, 我們預期 2020 年硅光產品出貨量占比僅為 5%左右。

3.2、運營商集采有望開啟,部分廠商或有邊際改善

運營商單獨采購光模塊,減少中間環節,幫助運營商節省 CAPEX。傳統的采購模式下,運營商往往直接面向設備商采購整套設備,設備商再向光模塊廠商采購。 而 2019 年 6 月,中國電信首次開啟集團層面的光模塊集采,直接向光模塊廠商采 購,減少了交易環節,有望減少資本開支。

集采價格承壓但數量大幅提升,帶來規模效應,頭部廠商利潤空間有望增加。光 模塊的封裝屬于勞動密集型行業,技術壁壘較低,產品價格競爭激烈,2018 年每 Gbps 的價格約為 3 美元,同比下降 37.5%。目前由于 25G 電信用光模塊技術較為 成熟,國內產能充足,集采價格可能較低但是數量將大幅提升,帶來規模效應。 頭部廠商市場占比較高、出貨量較大,生產成本較低,毛利率高于普通廠商,利 潤空間有望增加。

部分廠商市場空間變大,或迎邊際改善。此外由于之前光模塊采購由主設備商進 行,部分廠商此前只進入了單一主設備商的采購名錄,運營商集采后有望進一步 打開市場空間,例如新易盛一直是中興的主力供應商,無法獲得華為的訂單,集 采開啟后,公司市場空間變大,或迎來邊際改善。

4、全球龍頭頻繁整合與剝離,暫時掌控光芯片環節

4.1、龍頭加速整合提升能力,剝離組裝業務以求利潤率穩定

從全球來看,光通信行業處于加速整合期。近年來,光通信行業呈現加速整合的 趨勢,行業龍頭通過收購細分領域的領頭羊豐富產品線,拓展業務范圍,例如 2018 年 3 月 II-VI 通過收購 CoAdna(WSS(波長選擇開關)的全球領導者) ,強化了 自身 ROADM(Reconfigurable optical add-drop multiplexer,可重構光分插復用器, 核心器件為 WSS 單元)產品的垂直整合能力。

龍頭企業選擇強強聯合從而鞏固自身地位,CR5 或將提升至 50%。例如 Lumentum 收購 Oclaro,以及 II-VI 收購 Finisar。其中根據 OVUM 給出的收購前(2017 年) 的市場份額,Lumentum 和 Oclaro 分別在全球占比 7.5%和 6.5%,位居第二、第三, Lumentum 為全球領先的 VCSEL 供應商,同時還提供光纖激光器、光模塊等其他 產品,而 Oclaro 擁有世界領先的 InP(磷化銦)激光器的生產能力以及集成光路 和相干光器件的研發能力,二者結合將補全產品線,實現強強聯合,進一步鞏固 自身地位。而 II-VI 和 Finisar 全球市場份額分別占比 4.8%和 14.4%,位居第六和 第一,II-VI 主要產品為無源光器件,而 Finisar 則是有源光器件的龍頭,二者聯合 互補效應大于 Lumentum 和 Oclaro。根據 OVUM 提供的數據,考慮合并后的市場 份額,我們預計 2019 年光器件行業 CR5 將達到 50%左右,比 2016 年提升 10pcts。


頭部公司剝離組裝業務,聚焦光芯片生產,以求利潤率穩定。近年光通信行業除 了產線整合外,頭部行業紛紛剝離勞動密集以及重資本的光模塊組裝業務,包括 Avago 把光模塊組裝業務出售給鴻騰精密(后又賣回給 Avago),Macom 和 Oclaro Japan 把相關業務出售給劍橋科技。此前新產品(2014 年的 40G,2017 年的 100G 產品)上市僅一年就發生價格跳水,如今,器件廠商不希望在 400G 量產時發生 同樣的事情。由于高速光芯片(25G)技術含量較高,門檻較高,僅掌握在頭部 廠商手中,因此在產業鏈上具有較強的議價能力,他們選擇保留光芯片設計生產 能力,剝離組裝業務,未來通過擠壓組裝的利潤來穩定自身利潤水平。

4.2、產業鏈話語權由光芯片廠商掌握,高速芯片國產化迫在眉睫

光芯片廠商具有產業鏈話語權,國內廠商有望進入該領域,改善盈利能力。根據 之前的成本分析,我們可以看出來光芯片占光模塊成本的 50%,電芯片占 14%, 無源光器件占成本的 30%,PCB 和外殼占比 7%。光芯片占比的技術門檻較高, 因此毛利水平較高,產業鏈的話語權主要集中在這一環節。目前光芯片的主要供 應商包括:美國廠商 Avago,Oclaro(已跟 Lumentum 合并)和 Finisar,以及日本 廠商 Sumitomo 和 Fujitsu。國內廠商光迅科技、華工正源、海信寬帶實現了 10G 及以下光芯片的量產,并部分應用于現有產品中。但是 25G 光芯片尚不能規模量 產,但目前光迅科技、華工正源、昂納科技、敏芯科技(未上市)部分 25G 光芯片已經送樣測試或小規模量產,隨著未來光芯片國產化比例提升,該類廠商話語 權有望提升,盈利能力有望逐步改善。

電芯片國產化率較低,國產化比例低于 2%,國產替代任重道遠。此外,光模塊 中使用的電芯片包括 MCU(microcontroller unit,微控制單元) 、DSP(digital signal processing,數字信號處理)以及放大器目前主要是歐美廠商(Maxim、TI、ADI、 Acacia 等)提供。根據行業數據,整體 MCU 目前國產芯片占有率僅為 2%,由于 光模塊中的 MCU 又屬于細分行業應用,市場規模較小,廠家的初始投資較大, 鮮有國產廠商進入該領域,因此我們估算國產化率比行業整體水平(2%)更低。

無源器件國產化程度較高,行業競爭激烈,毛利提升依賴規模效應。在光模塊的 器件中,國產化程度最高的為無源光器件以及部分組件,包括波分復用器(WDM)、 光開關、衰減器、隔離器以及套管、插芯、適配器等。這些器件行業門檻較低, 龍頭廠商包括 II-VI、Lumentum、昂納科技、光迅科技等公司,龍頭廠商主要通 過規模效應來提升毛利率。

4.3、回溯歷史,頭部廠商利潤或將穩步提升,尾部廠商面臨壓力

整體光模塊行業過去 10 年出現 3 次高增速時期,2019 年行業有望重回增長。回 溯過去 10 年全球光模塊行業的發展,整體市場在 2011 年、2014 年和 2016 年增 速較快。其中 2014 年電信和數通市場均保持較快增速,分別由于中國 4G 網絡進 入大規模建設,以及數據中心升級至 40G;2016 年電信市場萎靡,數通市場增速 較高,主要是由于產品升級至 100G 帶來的大量需求。預期 2019 年下半年數據中 心逐步升級至 400G,疊加 5G 網絡規模建設,整體光模塊行業有望重回增長。

上游光芯片廠商過去毛利率波動較大,我們預期未來毛利將穩步提升,利潤增長 有望高于行業整體增速。從各個產業鏈環節來看,上游廠商掌握光芯片的生產能 力,具有一定的話語權,光芯片生產環節毛利率較高。但部分廠商例如 Finisar 仍 保有下游模組組裝業務,導致整體毛利水平受產品價格影響波動較大。另一部分 廠商例如 Lumentum 逐步剝離組裝業務以及部分低毛利產品,毛利水平穩步提升。 我們預計龍頭廠商剝離低毛利環節為行業整體趨勢,未來毛利水平有望逐步提升, 因此整體利潤增長有望高于行業整體增速。

下游組裝業務以及低端光芯片生產廠商毛利率逐步下滑,我們預計未來將通過規 模效應或向高端光芯片延伸提升毛利率,長期頭部公司將逐步受益。國內光模塊 廠商多從事組裝業務,部分公司例如光迅和華工正源具備低端光芯片的生產能力。 從過去 10 年的盈利情況來看,毛利率逐年下滑,主要是由于光模塊價格下滑,上 游光芯片廠商擠壓下游廠商利潤導致,部分年份受益于行業產品升級,盈利能力 暫時性改善。2019 年 5G 和數據中心升級有望帶來產品升級,盈利能力或改善。 但長期來看,頭部企業或通過規模效應降低生產成本,或通過向高端光芯片延伸, 提升毛利水平,從而獲得超額回報。

無源光器件毛利水平逐步下降,我們預計未來毛利率將逐步趨于穩定。此外對于 無源光器件生產廠商,過去十年毛利水平逐步下降,主要是由于無源器件門檻較 低,行業競爭激烈。我們預計未來毛利水平將逐步趨于穩定,頭部廠商具有一定 規模效應,利潤水平優于小廠商。

4.4、海外龍頭毛利有望逐步提升,國內廠商仍需積極研發高速光芯片

Finisar(菲尼薩,現被 II-VI(貳陸半導體)收購):光通信行業龍頭,垂直 整合帶來效率提升

Finisar 成立于 1988 年,是全球最大的光通信器件產品制造商,公司具有完善的產 品線覆蓋數通和電信市場。公司的主要產品包括:光模塊、光放大器、激光器、 光電探測器、無源光器件、ROADM、WSS(wavelength selective switches,波長 選擇開關)以及其他高速光器件,也逐步進入 3D 感測市場。此外公司具備垂直 一體化生產能力,具備從光芯片到光模塊的設計生產能力,因此產品的成本優勢 較為明顯。2018 年 11 月,II-VI 提出以 32 億美元收購 Finisar,此提案 2019 年 9 月 20 日獲得了中國國家市場監督總局的反壟斷許可,公司 9 月 25 日,從納斯達 克退市。

前期主要通過收購擴張業務范圍,獲得光有源/無源器件制造能力。Finisar 上市后 適逢 2001 年互聯網泡沫破裂,大量光通信/光器件廠商經營陷入困難,公司隨后 頻繁并購,從而先后獲得了 PIN 探測器和激光器的生產能力(收購 Genoa 和 Honeywell)、光模塊生產能力(馬來西亞 Ipoh 工廠)、光無源器件的設計制造能 力(Transwave 和 New Focus),并逐步進入歐洲市場。2008 年通過與 Optium 的 合并,公司超過 JDSU 成為了世界第一大光器件提供商。

公司目前在馬來西亞 Ipoh 的工廠主要生產光學子系統,中國無錫工廠主要生產光 模塊,中國上海的工廠主要生產光無源器件包括 ROADM,澳大利亞滑鐵盧的工 廠主要生產 WSS,美國賓夕法尼亞州霍舍姆的工廠主要生產 CATV 和電信產品, 美國德克薩斯艾倫的工廠生產 VCSEL,美國加州費里蒙特的工廠生產長波長 FP 和 DFB 激光器。

光模塊行業龍頭,長期位居全球第一,垂直化商業模式提升效率。公司自 2008 年起一直為光器件行業(包含無源、有源器件)龍頭,截至 2017 年全球市場份額 占比為 14.4%。Finisar 具備多種有源、無源光器件的生產能力,產品組合較為全 面,同時由于其垂直一體化的產業模式,可以有效的降低成本,提高整體效率。

數通市場收入占比近 80%,VCSEL 業務發展迅速。數通市場(主要用于大型互 聯網數據中心)所用多為高速光模塊(100G/200G/400G), 產品價值較高,具有 一定的技術門檻,通過下游客戶認證需要一定的實力,因此該細分領域的玩家主 要是大型廠商,而電信用光模塊速率較低,技術門檻略低,產品價格下滑較快, 有較多小廠商參與其中。因此,公司傾向于生產高附加值產品,其收入近 80%來 自于數通市場。此外,隨著 3D 感測應用的興起,公司逐步進入該市場,未來 VCSEL 業務增速可觀。


Lumentum:積極探索 VCSEL 在 3D 感測的應用,產品結構改善帶來利潤提 升

Lumentum 拆分自 JDSU 的商業光學產品業務,2015 年 8 月在納斯達克交易所上 市?;厮萜錃v史,原公司 JDSU 是 Uniphase 和 JDS Fitel 合并而成。其中 Uniphase 公司成立于 1979 年,并于 1992 年上市,Uniphase 最早是商業激光器的供應商, 之后開始進入光傳輸領域。而 JDS Fitel 成立與 1981 年,最早供應光纖網絡產品, 1999 年 JDS Fitel 和 Uniphase 合并,兩家在技術、產品、客戶群體方面都實現了 互補。合并后的 JDSU 又先后收購了 Agility(2005 年), Picolight(2007 年),完 善了自身在城域網以及長距傳輸和數據中心企業網的能力。JDSU 也具備了全方 位的產品生產能力。2015 年 JDSU 拆分為 Viavi Solution(網絡和服務支持以及光 學安全與性能部分)和 Lumentum(光通信和光學業務部分)。

2018 年并購 Oclaro,Lumentum 獲得先進 InP 激光器和集成光路生產能力,產 品組合進一步完善。合并前,Lumentum 在 GaAs 基的 VCSEL 方面能力較強,而 Oclaro 更專注于 InP 激光器,在未來 5G 長距傳輸、相干傳輸以及數據中心的大容 量傳輸中將擁有一定優勢,因此并購 Oclaro 將拓展 Lumentum 在光通信行業的產 品布局。

3D 感測滲透率增加,VCSEL 將成為公司未來業績的主要驅動力。自 2018 年起, 隨著 3D 感測技術在手機中逐漸普及,VCSEL 市場有望迎來高速發展,根據 YOLE 的預測手機以及消費電子的VCSEL市場規模有望從2018年的7.38億美元增長至 2024 年的 37.75 億美元,2018-24 年 CAGR 31.3%,在整體 VCSEL 市場的份額占 比從 74.9%上升至 89.6%。此外,隨著公司把組裝業務逐步剝離,我們預計光模 塊業務的毛利率有望進一步穩定,公司盈利能力有望逐步改善。

華工正源:依仗華中科大光電專業能力,高速光芯片在研

華工正源光子技術有限公司成立于 2001 年,是華工科技(000988.SZ)的核心子 公司。公司主要從事電信用光模塊的研發和生產,在 4G 時期就是華為的金牌供 應商,2019 年 6 月公司獲華為國內首個 5G 光模塊訂單,并成功交付;在華為近 期 5G 光模塊招標中獲得較高的份額。

公司旗下云嶺光電主要從事光芯片研發,低端產品已經實現批量供應,高端產品 正在研發中。此外,公司參股的云嶺光電,目前已經可以批量供應 2.5G 以下的光 芯片,小批量供應 10G 的 DFB 芯片,25G 的光芯片目前正在做可靠性試驗,國 產化率有望進一步提升。若光芯片研發順利,量產芯片可以順利替代進口產品, 則公司毛利率有望進一步提升。

昂納科技:從無源到有源,未來能力有望進一步向光芯片延伸

昂納科技成立于 2000 年,一開始以生產無源光器件為主,之后逐步向有源器件延 伸,目前主要產品包括光隔離器、WDM(波分復用器)、 EDFA 光纖放大器、可 變光衰減器、光模塊,無源器件在多個領域出貨量位居全球前五,具有規模效應, 毛利率水平較高。此外公司也在光纖激光器、激光雷達(LiDAR)和機器視覺方 面有所發展。2019 年公司完成對 3SP 的收購,獲得了 InP 和 GaAs 晶圓廠,光芯 片研發生產能力有望進一步提升。隨著公司能力向上延伸,公司利潤水平有望進 一步提升。

4.5、其他通信產業鏈公司

中興通訊:主設備商,直接受益于 5G 建設

作為光模塊行業的下游,中興通訊為全球四大主設備商之一,全球接入網設備份 額約為 11%,公司目前已有 35 個 5G 合同。目前國內三大運營已經先后開始了 5G 承載網的建設,2019 年 12 月中國移動開啟了 SPN 設備的集采,2020 年 1 月中國 電信開啟了 STN 設備的集采?!?G 建設,承載先行”這也標志著中國 5G 網絡建 設有望加速。我們認為公司未來在國內運營商采購的市場份額有望逐步提升,公 司也將伴隨 5G 重回快速增長,建議投資者關注。

長飛光纖光纜:光模塊帶動光纖光纜需求提升

作為光模塊行業的上游,長飛光纖光纜為光纖光纜行業龍頭,具有光棒、光纖、 光纜全產業鏈的生產能力,光棒份額約占國內 31%,位居國內第一。2019 年光纖光纜行業經過兩年擴產后,出現了供大于求的局面導致產品價格腰斬,部分僅具 備光纖光纜生產能力的公司毛利率嚴重承壓。但目前光棒行業格局較好,處于供 需平衡狀態,2019 年價格微降。公司具有自主的光棒生產能力,產品結構向光棒 傾斜。2020 年運營商將開啟 5G SA 組網建設,拉動光纖光纜需求,產品價格有望 逐步回暖。我們認為行業上行時,公司業績改善有望優于行業,隨著產品價格的 回升,公司估值有望逐步提升,建議投資者關注。

4.6、投資建議

根據我們的測算 5G 建設將提振光模塊的需求,中國電信用光模塊市場規模將從 2019 年的 118 億元人民幣,增長至 2021 年的 158 億元,CAGR 15.3%,其中 5G 用光模塊 69 億元,占比 43.7%。5G 建設全周期(2019-28 年)電信用光模塊市場 空間為 284 億元人民幣;其中 25G 前傳光模塊占比最高為 219 億元,占比 77.1%。

我們建議關注 Lumentum(剝離組裝業務,專注光芯片,光模塊業務毛利率有望 保持穩定,此外公司 VCSEL 產品隨著 3D 感測應用推廣,有望成為新增長點) ; 昂納科技(具備低端光芯片生產能力,25G 光芯片有望實現突破,公司業務向上 延伸,利潤率有望進一步提升) ;中興通訊(主設備商,直接受益于 5G 建設) ; 長飛光纖光纜(5G 建設有望提振光纖光纜需求,行業觸底回升)

(報告來源:興業證券)

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光電傳感器往哪邊擰是距離遠?

逆時針方向是距離遠

1、自身調節。繞線機光電開關在使用之初請先檢查開關本身是否完好,外觀是否完好等。


2、避開遮擋物時。光電開關使用時,對于一些貨物如帶色貨物、反射性較弱的貨物、小件間間隙較大的貨物、透明貨物或在陽光或鹵光照射環境下,光電開關就會有不起作用的現象,那是因為光線被干憂了。


3、高度調節時,碼盤上面另外一個槽型光電開關感測不到貨物時,可適當修正光電開關方向,使其直射貨物中心;如不見效,可打開光電開關外殼調整感測距離,順時針方向調節靈敏度旋鈕,順時針方向旋轉,直至達到可靠感測到為止。


4、方向調節,光電開關感測到貨物或電機轉盤以外時,可逆時針調節靈敏度旋鈕,逆時針方向向旋轉,直至達到感測不到外物為止,再后是值得注意的地方是嚴禁帶電操作。

以上就是關于光電模塊外殼用什么材料好些,5G驅動電信光模塊市場重回增長的知識,后面我們會繼續為大家整理關于光電模塊外殼用什么材料好些的知識,希望能夠幫助到大家!

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