最新版中国光器件行业调研分析报告Word文件下载.docx
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相对于其他半导体激光器，VCSEL发射激光器在设计，集成度和成本方面的突出优点，目前10GVCSEL的芯片价格明显低于DFB，EML等芯片，10G芯片的TO价格约为1.5-3美金左右。
低廉的价格，较成熟的封装工艺也为VCSEL在其他领域的广泛应用打下了坚实的基础。
表格3：
VCSEL激光器主要优势
1.2、国外企业占据技术领先地位，国内公司加速追赶
1.2.1、半导体激光器技术国外企业占据领先地位
半导体激光器的芯片技术作为光通信技术的核心，其核心技术和高端产品长期由
国外Finisar，Lumentum，AVAGO，OCLARO和Sumitomo等几家把持。
近年来，我国不
断在光器件等核心领域加大资金投入和技术支持，光迅科技，华工科技以及海信宽带等国内公司快速发展，港股的昂纳科技也加速在芯片制造等领域的布局。
目前虽然我国的光芯片技术在高端领域与国外还有差距，但正呈现快速追上的趋势。
以10G速率的激光器为例，目前光迅已实现了FP，DFB，VCSEL大规模量产，同时EML技术也取得
了突破并小规模量产。
表格4：
主要光器件厂商10G芯片技术比较
伴随着国产芯片实力的快速提升以及华为，中兴为代表的光设备商业务的发展，目前国内光器件公司的市场份额也逐步提升。
据ICCSZ的统计，2015年国内光器件龙头光迅科技市场占比约为5%，位居全球第五。
同时海信宽带，华工正源等公司的销售收入也稳步提升。
图表1：
2015年全球光器件市场份额统计
1.2.2、VCSEL技术特殊，差异化优势明显
相对于FP，DFB等技术而言，VCSEL在原理上完全不同。
VCSEL激光器其光发射垂直于半导体衬底，而其他边发射激光器光发射平行于衬底方向。
边发射激光器由于与边发射结相连的光波导面积较小，所以比VCSEL具有更高的功率密度，但同时其发射腔面容易产生光学灾变会导致其性能下降。
同时面发射激光器由于光从垂直于半导体衬底表面方向发射，所以也可以作为并行光信息处理和互联为应用的激光器。
图表2：
面发射与边发射激光器区别
由于在结构上的区别，VCSEL在材料上要求较高，VCSEL的进入壁垒一直高于边发射激光器，目前行业内也仅850nm波长具有较高的成熟度。
同时由于二十世纪初数通市场应用需求有限，所以全球范围掌握该项技术的企业并不多。
国内也仅有光迅科技和海信实现10GVCSEL大规模供货的能力，此外华工科技也有一定供货能力。
目前该领域的领导者主要为Finisar和Lumnentum，同时其他主要的光器件厂商也拥有该领域大规模量产的能力。
表格5：
主要光器件厂商VCSEL技术比较
而伴随技术的不断成熟，VCSEL在成本，功耗，阵列集成度，光学特性方面的优势加速显现，同时以LUMENTUM为代表的相关厂商也在不断拓展其用途，VCSEL技术也逐步走出通信等工业领域，并基于其光学传感特性向消费等相关领域迈进。
2、VCSEL应用iphone8，手机领域需求提速
一直以来，工业领域都是半导体激光器的主要应用领域，而以Finisar，Avago为代
表的光器件龙头企业的主要营业收入均来自于通信等相关领域。
2月，媒体报道了苹果
17年推出的iphone8将配置3D-Sensing前置摄像头功能，这款前置摄像头搭载了红外
发射模块和红外接收模块。
苹果3D感测技术的终端运用，标志这3D成像技术的成熟，
也拉开了手机消费终端由二维像素技术向三维信息捕捉技术转变的序幕。
而VCSEL则是3D成像技术的关键部件，有望借此机遇进一步打开消费领域的空间。
2.1、iphone8采用VCSEL技术，光器件消费领域应用更进一步
苹果公司作为业内标杆，其科技创新一直都是行业的风向标，苹果公司在3D成像
领域前瞻性的布局，即将推动下一轮的光学创新高潮。
光器件作为其中的关键部件，也将受益于新一轮的产业爆发，想象空间巨大。
2.1.1、iphone83D感测采用VCSEL激光器技术
根据C114新闻显示，前置摄像头3D功能是此次iphone8搭载的重要功能，该摄像头包含了红外模块，可以感知摄像头前面的3D空间和物体，并有望支持面部识别，
3D自拍等多项功能。
通过这些模块相机能够捕获物体的深度信息，与传统捕获的2D图像结合起来，实现三维空间的面部手势识别和虹膜识别，甚至在一些游戏应用程序当中带来未来AR/VR体验。
同时，该摄像头甚至有望扫描用户的头部情况，并结合应用到AR领域，具有非常深远的意义。
图表3：
Iphone8拟采用3D-Sensing技术
早在2013年，苹果公司就收购了当时作为传感输入领域的领导者PrimeSense公司，此次iphone8上面的3D传感技术正是来源该公司。
根据PrimeSense相关资料显示，
一个三维传感器需要三个关键器件：
1，光源：
发光二极管形式的LED或者激光器；
2，
光滤波器：
用于光扫描；
3，信号处理器：
快速进行图像和信号处理。
在完成光发射，光感知和信息处理后，不同位置的任务就可以形成对应得到3D深度图形。
图表4：
PrimeSense3D技术原理.
根据Appleinside上披露的iphone资料，此次苹果拟采用的3D-Sensing红外相机正是使用了LUMENTUM公司VCSEL半导体激光技术。
此次VCSEL激光器技术进入苹果产业链也意味传统通信光器件正式打开高端消费领域应用市场。
图表5：
此外，iphone采用的3D-Sensing技术实际和以往推出的手势识别技术有类似的工
作原理，此前三星推出GalaxyS4就已经使用了该项技术，并同样采用了VCSEL为基础的红外光源。
图表6：
手势识别原理
2.1.2、VCSEL技术比较优势明显，3D领域应用加快
区别于2D相机，三维相机可以同时拍摄景物的深度和位置信息，根据硬件实现方式的不同，目前行业内主要有结构光，TOF时间光和双目成像三种方式。
而无论是主流的结构光还是TOF方案，主要的硬件都包含了红外光发射器，光图像传感器和图像处理芯片三种。
红外光的波长范围在700nm-500um之间，而目前由于摄像头图像传感器对于
900nm以上红外光感知较差，同时800nm以下的红外更靠近可见光而容易受到可见光的干扰，因此目前红外摄像头的波长普遍在800-900nm之间。
目前，可以提供800-900nm波段的光源主要有红外LED，红外LD-EEL和VCSEL三种。
图表7：
红外光源发光比较
根据行业龙头Finisar的报告，相对于LED和EEL两种红外发射光源，VCSEL方式的红外光源的光指向性更为集中。
和LED和EEL相比，VCSEL在光效率和功耗方面优势明显。
相比而言，VCSEL的综合优势更为突出，我们认为这也是iphone及其他相关3D感知系统采用VCSEL作为红外光源的原因。
图表8：
红外光源性能比较
同时，VCSEL在传感的精度方面可以达到2NTU，这样可以有效的提升对背景光的鉴别程度。
相对于EEL和LED方式，VCSEL在精度和效率方面具有更强的优势，通过精
准的信号反馈，可以完全固定的方式确定位置，方向和相对速度，并有效避免机械系
统的磨损。
图表9：
VCSEL传感原理
此外，VCSEL在封装方面也具有明显优势，它可以被封装到任何形式的EEL和LED形式模组中，同时还能形成单列或者双方向的阵列，从而可以有效的形成一个扫描阵列，从而进一步扩大其应用范围。
自1996年VCSEL投入商用以来，已经有数百万产品被实际应用，并且用其优异的表现证明：
VCSEL是所有曾经被生产出的光电子元器件中最稳定的。
从此针对VCSEL的其他应用开始显现出来，包括光学鼠标里的光源。
在某些特定领域，VCSEL有望凭借高可靠性、高解析度、低驱动电流、高耦合功率的优势取代传统的LED，比如条形码读取、水质检测等领域，由于VCSEL解析度比LED高，在条形码读取时候可以更精准，在水质检测方面，由于LED散射角度大，无法检测到细小颗粒，只能检测到大颗粒；
而VCSEL聚焦好，偏振状态已知，可检测到更多细小颗粒，检测的信息更多，更准确和完善。
图表10：
VCSEL封装优势明显
2.1.3、Lumentum深耕3D应用，逐步迎来收获期
作为全球领先的光器件厂商，LUMENTUM的光器件业务来自于曾经的光器件行业
龙头JDSU。
JDSU成立于1981年，经过多年的并购在2004年成为整个光器行业的龙头。
2007年JDSU收购了VCSEL行业技术领导者Picolight，进一步增长公司在VCSEL领域的技术实力。
区别行业内其他光器件公司，LUMENTUM很早就开始了VCSEL在消费领域的布局，并于2010将3D-Sensing产品的相关产品应用到了微软的Kinect上。
同时在消费领域的深化研发也进一步促进了公司在传统光通信领域技术实力，2016年公司推出行业内首款非致冷DFB980nm产品。
表格6：
LUMENTUM发展历史
2015年LUMENTUM从JDSU中拆分并专注于光器件业务，光通信、商业激光、3D传感三大业务板块进一步明晰。
此次LUMENTUMVCSEL产品应用到iphone8的3D感知模块正是公司多年来不断深化3D产品开发和着力于消费领域的成果体现。
图表11：
LUMENTUM业务介绍
而伴随着LUMENTUM等公司在消费领域的不断拓展，我们认为优质的通信半导体激光器技术有望加速在消费的应用，并进一步打开半导体激光器的消费蓝海市场。
2.2、国内手机全球份额领先，3D市场需求有望加速打开
手机行业经过多年的更新换代，智能手机已经基本普及，行业内硬件高度同质化，
低价竞争白热化，利润空间进一步压缩，手机蓝海市场已经变成了红海市场，全球的
手机市场增速放缓让所有厂商都面临压力。
手机行业已经由增量市场逐步成为存量市场，产品竞争激烈，只有通过新一轮的创新，才能够从市场中取胜。
图表12：
全球手机行业逐步进入存量市场
而屏幕和摄像头作为人机交互最重要的媒介，其技术的创新和应用最能给手机用户带来最直观的全新体验，因此也成为各家厂商的技术创新聚焦点。
而传统的屏幕和摄像头与人都是2D交互方式，即使3D-touch、指纹识别模组等技术的应用，人与屏幕的交互仍然限定在一个平面内，变革十分有限。
而随着AR/VR逐渐走入大众视野，计算机图像识别技术将会成为手机创新的新切入点，一波新的光学创新革命即将到来。
2.2.1、国产手机表现突出，差异化竞争3D识别有望加速应用
根据国外权威咨询机构Gartner统计，2016年第四季度全球手机销售量总计4.32亿部，较去年同期增长了7%，其中苹果超越三星，拿下了全球智能手机厂商销量的第一名。
虽然苹果依然是这个市场的领导者，但“超越iPhone”仍是其他竞争者的目标，某种程度上来讲iPhone的“何去何从”，影响着整个行业的发展方向。
表格7：
16年智能手机销量情况（千部）
全球前五大厂商合计市场占有率也由2015年的51%上升到54%，手机市场已经呈现强者越强的“马太效应”，老牌手机品牌LG，诺基亚虽说并没有完全消失，也有陆续的后进玩家，但是手机高速增长时代已经结束，这种趋势短时期内很难逆转。
图表13：
15年智能手机市场占有率情况
图表14：
16年智能手机市场占有率情况
与此同时，中国手机品牌因为优越的质量，低廉的价格也逐渐赢得消费者的信任，在全球手机市场占据了一席之地。
在全球智能手机市场，三星和苹果的市场份额已经从2015年的38%下降到34%。
16年Q4以华为，OPPO，VIVO为代表的手机厂商市场份额合计占比达到21.3%，并高出16年全年1.9个百分点。
而国际市场的中国智能手机品牌的影响力和市场份额不断扩大，国内相关厂商也将跟随收益，想象空间巨大。
2.2.2、光迅科技客户优势明显，充分受益国产手机3D应用
光迅科技是我国光器件领域的龙头，公司的光模块等产品涉及网络设备领域、数据中心、企业信息化等领域，积累了丰富的科研成果与产业优势。
另外公司也是国内少有集光电子器件以及光芯片为一体的光通信企业。
公司也是目前国内唯一一家能够大规模量产VCSEL激光器的企业，在同行业内具有绝对的优势。
在传统的电信网络设备领域，公司与华为和中兴进行了长期的深入合作，是二者
的核心供应商之一。
在传统业务的带动下，公司的光器件切入消费领域优势明显，有望成为公司将来新的业务增长点。
图表15：
光迅科技与华为等大厂合作关系密切.
2.2.3、需求及市场空间测算
目前VCSEL主要被应用在智能手机里的近距离传感器中，其成本普遍在1.5美元-3美元之间（以2美金计算；
消费电子市场大规模放量后，预期可逐步降低到1美元及以下）。
2016年国产智能手机出货量大约为4.5亿部，考虑到国产手机的快速增长势头，我们以每年增加5000万部，并初步以30%毛利率，10%净利率计算。
表格8：
国产手机VCSEL市场测算
以每年10%的3D感应渗透率递增，预计国内智能手机VCSEL需求19年市场空间约为3.6亿美元，对应1.08亿的毛利润和3600万美元的净利润。
16年国内光芯片行业龙头光迅科技营收5.8亿美元，净利润约为4200万美元，由此可见，智能手机市场的打开将大幅提升国内相关光器件公司的营收和利润水平。
3、高清视频，激光雷达等需求快速提升，消费领域光器件蓝海逐步打开
3.1、高清电视等设备需求提升，光交互成为解决方案
3.1.1、高端电视产品数据需求快速提升
在高清电视，AR/VR等高端电子设备领域，光器件也有广阔的应用空间。
早在2013
年美国电子消费展会，夏普推出全球首款超高清8K电视，并受到了无数消费者的关注。
8K产品的发布，让液晶电视的清晰度再次被刷新，标志着显示技术提升到了一个新的台阶。
图表16：
8K产品像素大幅提升
相比4K电视，8K电视像素更高，达到普通高清的16倍，可以实现电视界的视网膜屏，让肉眼根本无法察觉像素点的存在，在观看影片的时候更能带来身临其境的感官享受。
虽然其价格离普通消费者市场还有些距离，但随着厂商在色彩、亮度和对比
度等方面技术的积累，8K超高清电视有望成为该领域下一个爆发性的增长点。
表格9：
8K技术参数大幅提升
8K电视相比全高清电视，具有超高分辨率、色域广、帧率高和视角广的优点。
也正是由于这些原因8K产品研发工作的复杂程度是过往产品完全无法比拟的。
与以往的方式相比，8K影像所占空间巨大，需要实时处理庞大的影响数据，因此也提出了全新的数据传输技术。
根据Digitimes的统计，高清级别的电视出货比例正快速提升，我们认为以8K为代表的电视需求也有望加速打开，并进一步促进相关光器件产品在高速电子消费领域的需求。
图表17：
高清电视出货量快速提升
3.1.2、光交互成为解决方案，进一步打开光器件行业需求
8K电视的普及另一个难点在于，8K电视广播节目信号系统的传输。
2016年，日本进行了8K超高清电视卫星测试广播，为2018年的8K超高清电视广播正式商用作准备。
以大容量数据传输的8K电视以及相关应用进一步加速。
图表18：
8K电视节目制作流程图
一路未经压缩的8K超高清电视信号的带宽是2K全高清电视信号的100倍。
如果按照传统的方式，在8K节目制作系统的各个设备之间采用同轴电缆进行信号的传输，组网将会十分复杂并且占用较大的空间，在这时候光通信的技术优势明显。
表格10：
光通信技术优势明显
通常显示设备内部各个基板之间使用铜线连接。
而8K产品需部分采用光纤方式连接。
否则，显示器内部则要用密密麻麻的排线才能承载8K的信号量。
VCSEL是光从半导体衬底表面方向初射的一种半导体激光器，也因此可以在垂直与衬底方向集成排列多个激光器，所以非常适合并行光传输以及并行光互联领域。
同时因为VCSEL体积很小，能源利用效率很高，相比传统电线节能100倍同时还能保持数据传输的精确性，VCSEL目前已成为了8K电视数据传输的重要器件。
图表19：
光通信应用到超高清电视机领域
目前SHARP，三星，海信等厂商纷纷推出8K电视，而光连接也成为电视内部替代传统电连接的数据交互方式。
同时在电视配件方面，光进铜退趋势也逐步显现，2013年日立公司就推出了光纤HDMI连接线，相比传统铜线，光纤HDMI传输距离更远，也具有更好的信号质量。
以VCSEL为代表的光通信具备优良的数据传输能力，由于具备很高的性能价格比，已经以空前的速度在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用。
目前VCSEL在高端电视机领域的应用也将进一步打开半导体激光技术在消费领域的市场空间。
3.2、固态激光雷达需求提升，光器件助力降本增效
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物，相对于传统微波雷达而言，激光
雷达分辨率高，抗有源干扰能力强，同时具有较小的体积和质量，因而目前在军事，
智能交通及无人驾驶领域得到了广泛的应用。
但目前传统扫描式激光雷达成本过于高昂，新型的、以VCSEL技术为代表的固态激光雷达正得到越来越多的重视。
3.2.1、传统激光雷达成本昂贵，固态激光雷达优势突出
传统的激光雷达与雷达工作原理类似，需要通过镜面不断的旋转来进行全平面的扫描，并通过检测返回来的信号进而获得雷达周围物体的距离和环境信息。
由于镜面需要不停的旋转，同时为了获得更及时和详细的环境数据，越高精度的雷达对于镜面的旋转速度要求越高，从而成本极为高昂。
图表20：
15年传统激光雷达工作原理
图表21：
应用传统激光雷达技术的汽车
而固态激光雷达应用了光学相控技术，可以通过内置的VCSEL激光器（阵列集成方面优势明显）向外发射激光光束并计算接受发射所需时间来测定目标物体的距离。
通过光学的相控和衍射效果，可以快速持续的对某个面进行扫描和检测。
图表22：
固态激光雷达工作原理
图表23：
应用VCSEL技术的Trilumina的激光雷达解决方案
传统车载激光雷达体积较大，价格昂贵，并且容易收到外界极端天气的影响，这也是目前激光雷达发展的关键限制因素。
而新型VCSEL激光器体积较小，价格低廉，具备了制作激光雷达优良的天然属性。
2014年美国加州大学伯克利分校实验室研究员使用VCSEL技术制作了简易的激光雷达，最后实验室成品可以封装到了智能手机大小，并且将成本降至了几百美元。
2017美国消费电子展上TriLumina展示用于自动驾驶应用的创新256像素3D激光雷达解决方案。
该解决方案运用了背发射VCSEL阵列技术和驱动电路，形成了完整的照明模块。
TriLumina的照明模块可取代目前应用于自动驾驶汽车示范项目的大尺寸、高成本扫描激光雷达，将高清和远距离传感器功能整合进小尺寸、稳定且具成本效益的包装中，进而实现半自动和自动驾驶汽车的成功商业部署。
同时TriLumina功能强大的新款照明模块的成本优势更为明显。
图表24：
激光雷达技术往固态化方向发展
相对于传统扫描雷达而言，固态激光雷达结构简单，扫描速度快，精度高，可控
性好，而伴随目前VCSEL等激光器成本和加工能力的提升，逐步成为目前激光雷达发展的新趋势。
同时其扫描角度有限的问题也可以用通过在不同方向上安装多个固态激光雷达来实现。
目前扫描式激光雷达的价格普遍接近上万美元，而固态激光雷达有望将成本降低至200美元量级，安装在整车上的成本也有望控制在1000美元以下，价格的大幅降低有望加速固态激光雷达的应用并促进半导体激光器行业的发展。
3.2.2、固态激光雷达需求不断提升，半导体激光器空间进一步打开
据麦姆斯咨询报道，2015年全球雷达传感器市场规模为192.9亿美元，预计2022
年将达到306.7亿美元，2016~2022年期间的复合年增长率为6.94%。
图表25：
激光雷达需求巨大
在所有应用中，汽车应用的市场预计在2016年~2022年期间将以最快的速度增长。
该增长驱动力主要来自于每辆汽车的雷达传感器数量的增加和对汽车行业安全相关产品关注的日益增长。
基于雷达的驾驶员辅助系统通过执行自适应巡航控制系统、碰撞预警系统、盲点监测系统、车道变换辅助系统，提供后方倒车交叉路口警报和泊车辅
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