2026.10.07 | AC | Optical | CW Lasers: ELS Architecture & Market Size

摘要

以下观点来自行业资深专家：1.CW激光器，即连续波激光器，是一种以恒定直流偏置持续输出稳定单色激光的半导体光源芯片。它通常只负责发光，信号调制由下游的硅光调制器完成。2.在CPO（Co-Packaged Optics）架构中，光模块引擎与交换ASIC被封装在同一基板上，电信号路径从传统可插拔模块的15厘米大幅缩短至50毫米，显著降低了能耗。3.以古河电工公开的八通道ELS模块为例，其内部主要由三部分构成。发射模块部分包含八颗DFB芯片，按照1.2毫米的节距进行贴装。光路设计上，激光经过聚焦透镜和光隔离器后，耦合进入保偏光纤。整个透射部分的尺寸仅为22×13×4毫米。在温控方面，模块内置了温度监测功能，并通过TEC进行精确温控。

1.请介绍一下CW激光器的定义。

CW激光器，即连续波激光器，是一种以恒定直流偏置持续输出稳定单色激光的半导体光源芯片。它通常只负责发光，信号调制由下游的硅光调制器完成。产业主流形态一般为边发射、磷化铟材料体系以及分布反馈谐振腔结构，因此CW芯片在术语上几乎等同于CW DFB激光芯片。

2.CW激光器和脉冲激光器有什么区别？

CW激光器和脉冲激光器的核心差异，本质是激光能量的释放模式完全不同，CW激光器（连续波激光器）以恒定功率持续不间断输出激光，平均功率等于峰值功率，能量匀速释放，就像持续流淌的水流，全程没有中断 。

脉冲激光器以极短的时间间隔间歇发射激光，能量集中在纳秒/皮秒/飞秒级的极短瞬间释放，峰值功率可以达到平均功率的数千甚至数万倍。

3.CW激光器在CPO架构中的核心定位以及外置光源方案的技术优势？

在CPO（Co-Packaged Optics）架构中，光模块引擎与交换ASIC被封装在同一基板上，电信号路径从传统可插拔模块的15厘米大幅缩短至50毫米，显著降低了能耗。但将对温度极其敏感的激光器直接置于ASIC旁，存在可靠性问题，且激光器一旦整片失效将导致整块交换板报废。

外置光源方案，特别是远程光源方案，旨在解决此问题。该方案将高性能CW激光器从CPO封装体中移出，置于一个独立、可插拔的前面板模块内，通过保偏光纤将光远程传输至CPO光引擎。ELS方案主要破解了内置光源的四大痛点：首先，实现了激光器与ASIC的热解耦，使其可以独立散热；其次，支持热插拔，具备可更换性；再次，高功率激光器可通过分光器为多个光引擎通道共享光源，从而降低总体拥有成本；最后，实现了发光与调制的解耦，由硅光负责调制，使得各部分能采用各自最成熟的工艺。

4.以古河电工的八通道模块为例，CW激光器在ELS架构中的具体应用方案和光路是怎样的？

以古河电工公开的八通道ELS模块为例，其内部主要由三部分构成。发射模块部分包含八颗DFB芯片，按照1.2毫米的节距进行贴装。光路设计上，激光经过聚焦透镜和光隔离器后，耦合进入保偏光纤。整个透射部分的尺寸仅为22×13×4毫米。在温控方面，模块内置了温度监测功能，并通过TEC进行精确温控。

完整的光路链路为：DFB激光芯片发光，光束依次通过聚焦透镜、光隔离器，然后耦合至保偏光纤，再传输至CPO或NPO光引擎内的硅光分光器，分光后进入MCM或MRM调制器进行信号调制，最后通过FAU或外部光纤输出。

5.CW激光器产业链的主要环节和代表性厂商有哪些？

CW激光器的产业链从上游到下游主要包括以下环节：首先是磷化铟衬底，代表企业有日本的住友电工、JX金属以及美国的AXT和中国的云南锗业。其次是MOCVD外延生长，包括MQW有源区的制备。接下来是核心的CW DFB激光芯片制造，主要厂商包括源杰科技、长光华芯、Lumentum和Coherent。芯片制成后，进入封装测试环节，包括贴装、耦合、加装TEC和隔离器。之后是ELS模块的集成，如可插拔模块或八通道透射模块。再往下游延伸，依次是保偏光纤、CPO或NPO光引擎及硅光分光器、MCM或MRM调制器，最后是FAU或外部光纤。

6.CW激光器从实验室样品到规模化量产需要克服哪些关键技术门槛？

CW激光器实现千万颗级别的规模化量产，需要跨越六大核心工程化门槛。

第一，磷化铟外延生长，即MOCVD的原子级材料精确控制。目前4英寸和6英寸的磷化铟衬底市场90%以上被住友电工、美国AXT和日本JX金属垄断，供需缺口约为70%。

第二，DFB光栅制备，关键在于纳米级周期的均匀性。为实现单纵模，需通过腔内布拉格光栅进行选频，周期必须精确控制在200纳米，且晶圆级棒材的均匀性要求通道间波长偏差在0.05纳米以内。

第三，高功率单频输出，核心是抑制腔面光学灾变损伤和模式翘曲。要实现200至400毫瓦的输出功率，必须解决高功率下腔面吸收形成暗线缺陷导致的功率下降问题。

第四，阵列集成与热串扰控制。在多通道阵列中，过窄的节距会导致芯片间相互加热，通过热仿真分析，目前节距普遍控制在1.2毫米。

第五，TEC温控与波长锁定。例如，100G光栅要求波长偏移小于±0.1纳米，这需要高性能TEC具备大于15瓦的吸热能力和超过70摄氏度的温差控制能力。

第六，可靠性与客户验证。数据中心应用要求激光器寿命超过十年，必须通过严格的高温加速老化测试以筛选早期失效产品。头部客户如英伟达、博通和谷歌的认证周期通常超过18个月。

7.CW激光器如何根据功率进行分类，各自适配哪些应用场景，有哪些代表性产品？

CW激光器可根据光功率分为四个主要档次：

第一档是低功率，1至10毫瓦，主要应用于电信信号接入、低速数通以及实验室种子光源，代表产品为普通的电信级DFB激光器。

第二档是中功率，10至100毫瓦，主要适配800G和1.6T的可插拔硅光模块，代表产品有源杰科技的100毫瓦产品和长光华芯的100/200毫瓦产品。

第三档是高功率，100至250毫瓦，适配于1.6T硅光模块的4×CW方案，单颗功率需达到200毫瓦。代表产品为Coherent用于ELS的5.6瓦模块（工作温度55℃）。

第四档是超高功率，350至400毫瓦，下一代产品将达到500至800毫瓦。这类产品主要用于CPO和NPO架构下的ERS集中供电方案，支持3.2T及更高速率的交换机。代表产品包括Lumentum的350毫瓦产品、Coherent的400毫瓦产品以及AOI正在送样的400毫瓦产品。

8.DFB、DBR和ECL这三种主流CW激光器技术路线在性能和经济性方面有何差异？

DFB（分布反馈）、DBR（分布布拉格反射）和ECL（外腔激光器）这三种技术路线在多个维度上存在显著差异。

在选频原理上，DFB通过沿整个腔体分布的周期光栅提供反馈，并利用四分之一波长相移实现单模输出。DBR则是在腔体两端设置光栅作为反射镜，将增益区与光栅区分离。ECL通过腔外的体光栅进行波长选择和反馈。

在线宽方面，DFB的线宽通常在兆赫兹级别。

在输出功率上，DFB具备高输出能力，单芯片可达200至400毫瓦。

在温度稳定性上，DFB的波长温度系数约为0.08纳米/摄氏度，波长固定。DBR的温度稳定性与DFB类似，但可以实现集成可调谐。

在量产难度和经济性方面，DFB工艺最为成熟，可大规模量产，难度中等，经济性最佳，最适合高亮度、大功率应用。DBR的单片工艺复杂，良率中等，因此量产难度和经济性也处于中等水平。ECL由于采用分立光学元件和复杂的对准工艺，量产难度高，成本也最高。

在典型用例上，DFB是CPO、硅光和ELS应用的主力方案。DBR主要用于相干DWDM等发射端。ECL因其极窄线宽，主要用于相干通信、实验室仪表以及3.2T等前沿技术的预研。

9.CW激光器芯片进入下游客户供应链的认证流程是怎样的，其核心壁垒体现在何处？

CW激光器芯片的导入节奏由光模块厂商和终端的云厂商、设备商两层客户共同决定，其认证体系可分为三个级别。

第一级是光芯片级认证，周期约为3到6个月。芯片厂商送样后，光模块厂商会对光功率、波长、边模抑制比等基础参数进行筛选和测试。

第二级是光模块级认证，周期为6到9个月。此阶段将芯片封装进800G或1.6T的光模块或光引擎中进行小批量测试和整机联调，重点考察眼图、误码率等性能指标。

第三级是终端客户认证，周期长达18到24个月，是门槛最高的一环。北美云厂商和设备商（如英伟达、谷歌）会对用于其数据中心的光模块执行独立的、严格的可靠性认证。这一认证直接决定了国产光模块能否进入国际主流市场并获得批量采购。例如，在EML芯片领域，海外供应商Coherent和Lumentum的市场份额合计约90%，下游客户会实行强制认证。目前国内通过此类认证的仅有索尔思（主要为自供）和长光华芯。

因此，国产CW芯片真正的护城河并非仅在于技术参数，而在于能否通过终端客户的严格认证并被写入其合格供应商名录。率先通过认证的企业将享有约12到24个月的先发优势时间窗口。

10.当前全球及国内CW激光器市场的供需状况如何？

目前，全球高功率CW激光器市场处于严重的供不应求状态。预计到2027年，仅英伟达一家对高功率CW激光器芯片的需求量就将高达6,000万颗，而全行业的理想总供应量仅为3,000万至4,000万颗，存在至少2000万颗的供应缺口。为锁定产能，英伟达已在2025年向Lumentum和Coherent各投资20亿美元，将其产能锁定至2030年，导致非英伟达客户的交付周期被推迟到2027年以后。产业链的瓶颈已向上传导至磷化铟衬底和MOCVD外延环节，且多数激光器原厂的产能被EML订单长期占据。

11.全球CW激光芯片市场的规模、出货量及未来需求预测是怎样的？

从市场规模来看，全球CW激光芯片市场在2025年约为5.8亿美元，预计2026年将增长至7.5亿美元。市场将进入高增长阶段，复合年均增长率预计为55%，到2032年全球市场规模有望达到24至28亿美元。

从出货量和需求量来看，2025年全球CW芯片出货量约为2,530万颗，以每颗25美元的均价计算。根据产业模型预测，2026年CW芯片的需求量约为1.83亿颗，2027年将激增至6.55亿颗。

具体到不同速率产品的需求，对于800G光模块，其CW芯片用量预计在2027年达到4,500万颗，2028年增至7,700万颗。对于1.6T光模块，其CW芯片需求量在2027年预计为1.3亿颗，2028年将达到1.8亿颗。此外，英伟达等客户对NPU所需的高功率CW芯片也构成了重要的需求增量。

12.CW激光芯片的下一代产品技术路线将如何演进，其核心驱动因素是什么？

CW激光芯片的下一代技术路线将主要围绕输出功率、热稳定性、波长、集成度和材料五个维度演进。

在2025至2026年，主流产品为应用于400G、800G和1.6T可插拔光模块的CW芯片，输出功率在50至100毫瓦，热稳定性为商用温度级，波长集中在高波段，集成度以单通道和双通道为主，材料为磷化铟。

进入2027至2028年，下一代产品的输出功率将提升至150至300毫瓦，热稳定性要求达到55摄氏度（与Lumentum同级别），波长范围将扩展至C波段，集成度向四通道、八通道等多通道阵列发展，材料仍以磷化铟为主，但供应可能趋紧。

展望2029至2030年，为满足CPO（共封装光学）需求，输出功率需大于400毫瓦，以克服耦合、分光和路由带来的损耗。热稳定性要求在55摄氏度高温下具备十年寿命，波长进一步扩展至L波段，集成方式将演进为激光器阵列与硅光的共封装。材料方面，磷化铟衬底的国产替代和量子点等新材料的应用将成为关键。

核心驱动因素包括：首先，从EML方案切换至硅光方案，虽然单模块光源总价值量可能下降（如1.6T硅光方案仅需4颗CW，而EML方案需8颗），但CW芯片的总体用量会随硅光渗透率提升而激增。其次，速率越高、光链路越长、分光路数越多，对CW功率的要求也越高，这是驱动单颗芯片价值量从100毫瓦跃升至300-400毫瓦的核心动力。最后，CPO的渗透是关键节点，3.2T光模块预计在2028年量产，CPO渗透率预计在2029年达到50%，这将极大推动高功率CW芯片的需求。