【TMT研究】光通信产业链概览（上）
光通信产业链概览（上）行业基本情况光通信是以光为载体进行信息传递的一种通信方式。根据《中国光电子器件产业技术发展路线图2018-2022》，“十三五”以来，随着中国制造、互联网+等国家战略出台，大数据、云计算、第5代移动通信（5G）、物联网以及人工智能等新一代应用市场的快速发展，全球移动用户数将突破72亿，移动互联网用户数超过40亿，全球年数据流量增长达到复合年均增长率在25%以上。作为信息网络发展的核心和现代通信的支柱，光通信产业遇到了前所未有的市场机遇，预计未来五年光通信行业发展持续景气。
产业链概况光通讯产业链由光纤光缆及光通信设备两个环节构成。其中，光纤光缆上游对应光纤预制棒环节，光通信设备上游对应光芯片、光器件、光模块等三个环节。另外，光通讯有电信市场及数据通信市场两个下游核心应用领域，电信市场主要针对客户为各大电信运营商，其为手机用户提供电信通信及流量服务，数据通信市场主要针对大型数据中心业主客户，提供数据中心内部、数据中心间的通信网络及传输功能。
光纤光缆1、光纤预制棒光纤预制棒有投资金额大、扩容周期长的壁垒，占光纤光缆子产业链利润的70%。当前商业生产光纤预制棒的气相沉积工艺都已经发展为“两步法”。其中，第一步为生产芯棒(Core-rod)，第二步为生产外包层（Overcladding）。光纤预制棒的光学特性主要取决于芯棒制造技术，成本主要取决于外包层技术，套管占光棒生产成本90%以上。步骤方法方法分类芯棒生产管外法外部气相沉积法（OVD）气相轴向沉积法（VAD）管内法改进化学汽相沉积法（MCVD）等离子体激活化学汽相沉积法（PCVD）外包层生产套管法套管需要进口，产能扩张受外方限制。全合成法生产效率高，工艺稳定，成本低；工序复杂、建设周期长，新进入者需要较长学习时间。2、光纤光纤光缆是利用光的全反射原理对光信号进行传输的介质。光纤由折射率较高的纤芯、包层及保护套构成，光缆由缆芯、加强元件、护套，防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构成。光纤主要分类情况如下：大类小类作用通信光纤单模光纤带宽大，纤芯细，只能传一种模式的光，通信距离长多模光纤带宽窄，纤芯粗，可传多种模式的光，通信距离短特种光纤饵纤（EDF）是掺饵光纤放大器的核心保偏光纤一种特殊的单模光纤，主要用于光纤传感领域耦合光纤主要针对980nm及1550nm波长光的传输设计的单模光纤稳相光纤光缆光精密传输的关键零部件掺镱光纤（YDF）用于掺镱光纤放大器和激光器无源匹配光纤（GDF）用于全光纤一体化设计的光纤激光器和放大器大芯径传能光纤可加工成传能跳线用于高功率激光的柔性传输3、光纤光缆行业规模情况2010-2017年全球和中国光纤产量CAGR分别为14.42%、23.10%。2017年我国光纤产量占全球比重达65%，较2010年增长约26个百分点。在光缆产量方面，2010-2017年全球和中国CAGR分别为14.65%、19.16%。2010-2017年全球和我国光纤产量（百万芯公里）
2010-2017年全球和我国光缆产量（百万芯公里）
5G的发展将带来对带宽需求的提升，并带动新一轮通信基础设施的投资高峰，成为驱动光纤光缆市场增长的重要推动力。中国移动2018年1-6月光缆集采普通光缆规模达1.1亿芯公里;中国电信发布2018年总计5400万芯公里的引入光缆和室外光缆集采;中国联通2017~2018年光缆集采总规模约为5,830万芯公里，即2018年仅三大运营商集采规模可能超2.8亿芯公里，按每年15%-20%增速，预计2020年采购规模达3.5亿芯公里。以中国移动2019年初1.05亿芯公里招标限价101亿元计算，我国光纤市场规模至少在350亿元左右。光芯片光通信芯片是制作光器件和光模块的核心，具有较高的研发技术门槛，也是整个光通讯行业技术难度最高的环节。光芯片占据价值量最高，在高、中、低端光器件中成本分别占比70%、50%和30%，其中高端光芯片90%以上份额被美、日企业垄断，我国国内厂商主要生产25G及以下速率光芯片。以下是光芯片的分类情况：分类标准大类小类用途有源器件芯片激光器芯片、探测器芯片、光放大器芯片、驱动器芯片光通信收发芯片分组传送芯片光分路器芯片平面波导型芯片（PLC芯片）介质InP系列高速直接调制DFB激光器和EML激光器芯片、PIN（光电二极管）和APD（雪崩光电二极管）芯片、高速调制器芯片、多通道可调激光器芯片GaAs系列高速VCSEL激光器芯片、泵浦激光器芯片Si/SiO2系列PLC（平面波导光分路器）芯片、AWG、MEMS芯片SiP系列相干光收发器件、高速调制器、光开关芯片；TIA、LD、Driver、CDR芯片LiNbO3系列高速调制器芯片光器件光器件体现了光通信最核心的竞争力，是光通信设备的核心组成部分，占设备成本的30%左右，但下游设备商较为集中,议价能力较高,很大一部分利润被设备商拿走，所以该市场虽增长较快但是竞争激烈，利润水平较低。目前我国光器件厂商占全球15%的份额，且无源光器件的竞争力较强，技术门槛较高的有源光器件领域市场份额有待提升。1、有源光器件有源光器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。有源光器件能够对光信号进行主动操作，例如光信号的发射、探测、放大接收、调制以及波长变化等。有源光器件占光器件市场75%左右，其中激光器和光探测器市场份额最高。以下是有源光器件的分类情况：大类作用小类激光器发射光信号，完成光-电转换。常见的是半导体激光器（LD）和发光二极管（LED），由于前者输出光功率较大，器件速率较高得到普及。垂直腔面发射激光器（VCSEL，以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管和半导体激光器，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，适用于850nm，损耗高，常用于短距离光通信）分布反馈式激光器（DFB激光器，具有非常好的单色性，线宽极窄）电吸收调制激光器（EML，在DFB的基础上采用了外调制器，高频调制或长距离传输时效果较好）FP激光器激光驱动器一般是用来控制半导体激光器的器件。光探测器接收光信号，完成电—光转换。光电二极管（PIN）：由P型半导体、n型半导体和本征半导体构成。雪崩光电二极管（APD）在PIN的基础上多了一层倍增层，产生不断放大的效果。光放大器完成光信号功率补偿。反转粒子放大器：掺杂离子光纤放大器，主流为掺铒光纤放大器（EDFA），其速率透明、大增益、大宽带、低噪声、高功率等特点使其成为低损耗窗口理想的光放大器；非线性散射放大器：包括拉曼放大器（SRA）、布里渊放大器（SBA）。拉曼放大器分为分布式和分立式，分布式可以在任意波段进行放大，优点是带宽大、有效噪声小，但增益不高、效率较低，而分立式使用专门的增益放大光纤进行增益放大，主要用于EDFA无法放大的波段，是未来新秀；非线性折射放大器：参量放大器。半导体光放大器（SOA）光调制器将信息加载于光波的过程称为调制，其中由于光波具有振幅、频率、相位、强度等参量，使其中某一参量按调制信号的规律变化则可以达到运载信息的目的。包括PMQ调制器、相位调制器（使光的相位按照一定规律变化的调制器）、强度调制器等2、无源光器件无源光器件是光通信系统中需要消耗一定能量但没有光电或电光转换的器件，是光传输系统的关键节点，其能对输入的光信号做被动操作，例如光束的连接、分波、合波、衰减、切换、隔离、开关等，占光器件市场份额25%左右。从“需求增长快、市场集中度好”两个维度来看，无源器件中的波分复用器件市场份额最高，例如DWDM器件（密集型光波复用）、CWDM器件（粗波分复用）等，主要得益于电信运营商的骨干网和城域网升级，波分下沉及波分下乡的积极推进，加之数据中心间的互联也要用到100G和400G的DWDM端口。产品作用光隔离器防止光通路反射回光源。光衰减器能对光信号的能量进行预期衰减。光分路器是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，按分光原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型（PLC型）两种。光开关主要实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能。较为复杂的是ROADM（可重构光分插复用器）光连接器连接两根光纤以保证90%以上的光能够通过。按照传输媒介不同分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按照结构不同分为FC、SC、ST、LC、MT、D4、DIN、MU等；按照连接器插针端分为PC、UPC、APC；按照光纤芯数不同分为单芯、多芯，最常使用的是MPO/MTP连接器。光背板一般由多层印制板、连接器和导销等元件组成，背板为系统中的单板、模块等提供信号连接和物理支撑的作用。光纤配线架（ODF）专为光纤通信机房设计的光纤配线设备，具有光缆固定和保护功能、光缆终接功能、调线功能。光缆接头盒专为光纤通信机房设计的光纤配线设备，具有光缆固定和保护功能光缆终接功能、调线功能，是信息机房中不可或缺的部分。终端盒光纤传输通信网络中终端配线的辅助设备，终端盒主要用于光缆终端的固定，光缆与尾纤的熔接及余纤的收容和保护。波分复用器（WDM）合波器（将不同光源波长信号结合在一起经由一根传输光纤输出的器件）分波器（经由同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件）滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。耦合器光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。