連續(xù)波分布式反饋（CW DFB）激光器是一種高性能單頻半導體激光器，兼具連續(xù)波穩(wěn)定輸出和分布式反饋的精確波長選擇特性。其核心在于芯片內(nèi)部集成了亞微米級布拉格光柵，能實現(xiàn)極窄線寬、低噪聲、高純度的單縱模工作，光譜純凈度遠超普通法布里-珀羅激光器。

這類激光器因具備穩(wěn)定的單頻輸出、優(yōu)異的波長穩(wěn)定性和低相位噪聲，成為光纖通信、激光雷達、相干探測及高精度光譜測量等領(lǐng)域的核心光源。它通過電流直接驅(qū)動半導體材料（如磷化銦）實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，具有體積小、效率高、可高速調(diào)制的優(yōu)點，是支撐現(xiàn)代光通信網(wǎng)絡(luò)和先進傳感技術(shù)的基石。

當前，連續(xù)波分布式反饋激光器的商業(yè)應(yīng)用正在快速擴展，主要聚焦于人工智能驅(qū)動的高速數(shù)據(jù)通信、硅光技術(shù)及先進傳感系統(tǒng)等領(lǐng)域。

 

AI數(shù)據(jù)中心與高速光模塊

在AI數(shù)據(jù)中心與高速光模塊的應(yīng)用場景中，CW DFB激光器正經(jīng)歷著從“可用”到“好用”再到“高性價比”的深刻技術(shù)變革。它不僅是一個光電器件，更是決定算力集群互聯(lián)效率的關(guān)鍵咽喉。在AI數(shù)據(jù)中心，隨著算力需求爆炸式增長，光模塊速率正從400G向800G乃至1.6T演進。傳統(tǒng)的可插拔光模塊方案面臨著功耗和密度的挑戰(zhàn)，而硅光技術(shù)（Silicon Photonics）憑借高集成度成為主流選擇。

然而硅材料本身不發(fā)光，必須依賴外部光源注入光信號。CW DFB激光器正扮演了這個“外置光源”的角色。它的主要任務(wù)是在高溫環(huán)境下（如55℃）穩(wěn)定輸出高功率、低噪聲的連續(xù)光，為硅基芯片提供能量，服務(wù)于100米到2公里范圍內(nèi)的算力互聯(lián)。

這其中就主要包含了兩大物理形態(tài)，可插拔光模塊如800G DR8模塊，內(nèi)部集成CW DFB激光器作為光源；共封裝光學（CPO）是未來的演進方向，將激光器與計算芯片封裝在一起，通過減少信號傳輸距離來大幅降低功耗。

另一方面，CW DFB激光器在實際應(yīng)用中遇到的挑戰(zhàn)遠比傳統(tǒng)通信嚴苛，主要體現(xiàn)在高溫性能和長期可靠性兩大維度。首先，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部熱量密集，激光器需在無空調(diào)制冷或高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。若高溫性能差，激光器的輸出功率會驟降，噪聲增加，直接導致光模塊誤碼率升高。

其次，為了克服硅光波導的耦合損耗，需要200mW甚至400mW的高功率輸出，但高功率下容易產(chǎn)生相對強度噪聲（RIN），干擾信號質(zhì)量。最后，為了提高高溫性能，業(yè)界常采用含鋁（Al）的化合物材料，但鋁在芯片切割端面極易氧化，長期工作下可能導致激光器輸出功率逐漸衰退甚至瞬間燒毀。

去年9月，Coherent高意推出最新款高功率400mW連續(xù)波激光器，旨在滿足下一代共封裝光學與硅光應(yīng)用對嚴苛性能的需求。該系列1311nm激光器在55℃環(huán)境下可穩(wěn)定輸出超過 400mW功率，同時實現(xiàn)譜線寬度低于200kHz、相對強度噪聲低于-145dB/Hz的優(yōu)異指標，將高功率、高精度與低噪聲特性集成于緊湊型CoC封裝中。

Coherent高意激光器件事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Kou-Wei Wang表示：新款400mW連續(xù)波激光器為硅光與共封裝光學領(lǐng)域帶來了突破性性能。通過提供穩(wěn)定的高輸出功率與超低噪聲特性，攻克了光互連領(lǐng)域最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。未來，公司在美國德州謝爾曼市新建的6英寸磷化銦晶圓廠將使產(chǎn)能提升5倍以上，確保滿足全球?qū)α谆熂す馄魅找嬖鲩L的需求。

 

圖1：Coherent高意推出面向共封裝光學和硅光子的低噪聲400mW連續(xù)波激光器樣品

回到成本與良率問題，AI數(shù)據(jù)中心對成本極其敏感，如何在保證性能的同時簡化復(fù)雜的半導體工藝，是CW DFB激光器進行商業(yè)化面臨的核心難題。為了解決上述挑戰(zhàn)，業(yè)界在工藝路線上分化為兩大陣營，而當前針對AI數(shù)據(jù)中心的主流答案逐漸指向了“脊波導（RWG）＋鋁銦鎵砷（InGaAlAs）”方案。

 

圖2：BH 結(jié)構(gòu)和RWG 結(jié)構(gòu)差異示意圖

傳統(tǒng)的BH+InGaAsP方案是一種經(jīng)典工藝。掩埋異質(zhì)結(jié)（BH）結(jié)構(gòu)通過復(fù)雜的二次外延生長，將發(fā)光區(qū)域完全掩埋，實現(xiàn)圓形光斑（利于耦合）和極低閾值。但致命的缺點是工藝極度復(fù)雜，二次外延界面容易產(chǎn)生缺陷，且配合傳統(tǒng)的InGaAsP材料高溫性能較差，難以滿足AI數(shù)據(jù)中心無制冷高溫工作的苛刻要求。

 

圖3：CW DFB 激光器芯片市場趨勢

新興的RWG+InGaAlAs方案，是目前業(yè)界應(yīng)對AI挑戰(zhàn)的主流工藝選擇。RWG結(jié)構(gòu)工藝非常簡單（僅需一次外延），規(guī)避了復(fù)雜的二次生長界面缺陷問題，天生具備高可靠性和高良率，成本優(yōu)勢明顯。同時，還可以搭配InGaAlAs材料體系。這種材料具有更大的導帶帶階，能在高溫下牢牢鎖住電子，防止載流子泄漏，從而在高溫下依然保持高光電轉(zhuǎn)換效率。

為了攻克該方案中鋁端面易氧化的死穴，領(lǐng)先廠商開發(fā)了“超高真空解離＋原位端面鈍化”技術(shù)。這種工藝是在極高真空環(huán)境下切割芯片，并在不暴露空氣的情況下，立即在原子級清潔的端面上鍍上保護膜。從根本上杜絕了氧化反應(yīng)，使其不僅擁有高溫性能優(yōu)勢，更具備了億級出貨量驗證的高可靠性。

 

圖4：CW DFB 激光器芯片不同功率市場占比

 

芯片市場前瞻

連續(xù)波分布式反饋激光器芯片，是其核心與靈魂。激光器的全部核心性能指標——輸出功率、線寬、波長精度、噪聲特性、邊模抑制比——本質(zhì)上都由芯片本身的設(shè)計和制造質(zhì)量決定。在全球AI數(shù)據(jù)中心和光通信行業(yè)快速增長的驅(qū)動下，CW DFB激光器芯片市場將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

根據(jù)future market insights發(fā)布報告，連續(xù)波分布式反饋激光器芯片市場預(yù)計將從2025年的5.787億美元增長至2035年的18.794億美元，復(fù)合年增長率為12.5%。該市場在十年內(nèi)呈現(xiàn)出清晰的增長軌跡，收入從2020年的3.212億美元上升至2025年的5.787億美元。

該市場的主要驅(qū)動力包括光纖網(wǎng)絡(luò)需求的增長、在5G基礎(chǔ)設(shè)施部署中應(yīng)用的增加，以及對高數(shù)據(jù)速率日益增長的需求。收入的穩(wěn)步增長反映了市場采用率的不斷提高，凸顯了該市場在實現(xiàn)高效光通信、精密測量系統(tǒng)和高性能光子學解決方案方面的重要性。

報告稱，全球連續(xù)波分布式反饋激光器芯片市場前景廣闊，光纖接入與通信網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)中心市場蘊含著巨大機遇。在類型細分領(lǐng)域中，200-500mW產(chǎn)品預(yù)計將在預(yù)測期內(nèi)實現(xiàn)最高增長；在應(yīng)用細分領(lǐng)域中，光纖接入與通信網(wǎng)絡(luò)預(yù)計將實現(xiàn)最高增長；從地區(qū)來看，亞太地區(qū)預(yù)計將在預(yù)測期內(nèi)實現(xiàn)最高增長。

報告預(yù)測，2025年至2030年間，CW DFB激光器芯片市場將從5.787億美元增長至10.429億美元，表明各應(yīng)用領(lǐng)域的采用速度正在加快。在此期間，激光雷達系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)通信和環(huán)境傳感等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用推動了收入的增長。對光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和精密傳感設(shè)備的增量投資支撐了市場的擴張。

同比增速表明需求持續(xù)走強而非停滯，各公司正越來越多地部署CW DFB激光器芯片以提升系統(tǒng)效率和可靠性。對傳統(tǒng)技術(shù)的替代以及向新應(yīng)用領(lǐng)域的融合進一步推動了市場發(fā)展。整體表現(xiàn)表明，在這五年的中期階段，市場呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢。

2030年至2035年間，市場價值將從10.429億美元增至18.794億美元，進入最終且增長最快的階段。這一時期反映了CW DFB激光器芯片在先進光網(wǎng)絡(luò)、大容量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以及新興光子學應(yīng)用中的廣泛普及。增長得益于對高性能激光器芯片日益增長的需求，這些芯片能確保關(guān)鍵操作中的精度、效率和可靠性。

新地理市場的開拓以及持續(xù)的技術(shù)升級，進一步鞏固了市場實力。收入的同比持續(xù)增長證實，CW DFB激光器芯片市場遠未陷入停滯或衰退。長達十年的增長趨勢表明，這些激光器芯片在未來光子學和光通信產(chǎn)業(yè)中具有持續(xù)的戰(zhàn)略重要性。

 

市場增長的驅(qū)動因素

數(shù)據(jù)流量的指數(shù)級增長，以及對能夠提供優(yōu)異波長穩(wěn)定性、窄線寬和用于長距離傳輸?shù)目煽枯敵龉β实母咝阅芄馔ㄐ畔到y(tǒng)的相應(yīng)需求，正在支撐著該市場的擴張。現(xiàn)代電信基礎(chǔ)設(shè)施日益關(guān)注那些能夠支持超高帶寬需求，同時保持信號完整性和運行效率的光學元件。CW DFB激光器芯片在提供卓越光譜純度、溫度穩(wěn)定性和調(diào)制性能方面已被證實的能力，使其成為先進光通信系統(tǒng)中不可或缺的組件。

對5G網(wǎng)絡(luò)部署和邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施的日益重視，正推動著對能夠支持海量數(shù)據(jù)吞吐量和超低延遲要求的高性能光收發(fā)器的需求。業(yè)界對能夠在寬溫度范圍內(nèi)提供一致性能并支持高速調(diào)制的激光光源的偏好，為先進DFB激光器技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了機遇。人工智能應(yīng)用和云計算服務(wù)日益增長的影響力，也促使不同數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署中對復(fù)雜光互連解決方案的需求不斷增加。

 

細分市場解析

該市場按分類、應(yīng)用和地區(qū)進行細分。按分類劃分，市場分為75-100mW、100-200mW、200-500mW、500-750mW、750-1000mW及其他功率范圍。按應(yīng)用劃分，市場分為光纖接入與通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心及其他應(yīng)用。按地區(qū)劃分，市場分為亞太、北美、歐洲、拉丁美洲以及中東和非洲。

其中，75-100mW這一類別已經(jīng)占據(jù)了CW DFB激光器芯片市場31%以上的份額，成為領(lǐng)先的功率范圍。該類別在輸出功率、能效和運行可靠性之間實現(xiàn)了最佳平衡，使其適用于大多數(shù)光纖通信應(yīng)用。它既滿足了標準傳輸要求，同時支持穩(wěn)健的性能和長壽命。在波長穩(wěn)定性、熱管理和集成能力方面持續(xù)的技術(shù)改進，進一步提升了其采用率。

光學系統(tǒng)設(shè)計人員之所以繼續(xù)青睞這一功率范圍，是因為它的多功能性、與不同系統(tǒng)架構(gòu)的兼容性，以及對當前網(wǎng)絡(luò)需求和未來規(guī)劃部署的契合度。75-100mW芯片在多種光纖應(yīng)用中提供一致的性能，從而實現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)運行。它們的能效和可靠性使其成為商業(yè)光學系統(tǒng)部署和增長的核心。

按應(yīng)用劃分，光纖接入與通信網(wǎng)絡(luò)細分市場占據(jù)54.7%的市場份額。報告指出，2025年光纖接入和通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將占CW DFB激光器芯片需求的54.7%，使其成為最大的應(yīng)用細分市場。這一主導地位得益于全球范圍內(nèi)光纖到戶部署和5G回傳網(wǎng)絡(luò)的擴展，這些應(yīng)用需要高性能、可靠的激光光源。

 

圖5：CW DFB 激光器芯片應(yīng)用場景占比

圖6：CW DFB 激光器芯片在不同國家的市場增長率
 

CW DFB芯片提供了對長期網(wǎng)絡(luò)可靠性至關(guān)重要的精確波長穩(wěn)定性和輸出一致性。電信運營商越來越多地將這些激光器集成到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，以支持帶寬增長和未來的可擴展性。該細分市場還受益于不斷發(fā)展的光學技術(shù)，包括先進調(diào)制技術(shù)和密集波分復(fù)用，這確保CW DFB激光器能夠持續(xù)滿足當前和下一代通信的需求。

 

圖7：數(shù)據(jù)中心

全球市場分析

CW DFB激光器芯片市場正在全球范圍內(nèi)經(jīng)歷顯著增長，其中中國處于領(lǐng)先地位，受大規(guī)模5G基礎(chǔ)設(shè)施部署、政府對光通信技術(shù)的支持以及快速擴展的數(shù)據(jù)中心建設(shè)推動，到2035年的復(fù)合年增長率將達到16.9%。印度緊隨其后，增長率為15.6%，得益于其電信基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)發(fā)展、日益增長的數(shù)字化舉措以及光網(wǎng)絡(luò)部署的擴展。

德國增長率為14.4%，強調(diào)精密光學技術(shù)優(yōu)勢和全面的通信基礎(chǔ)設(shè)施。巴西增長率為13.1%，重點在于推進電信現(xiàn)代化和光纖技術(shù)的日益普及。美國增長率為11.9%，體現(xiàn)了對下一代光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心擴展的強勁投資。

當前，中國正快速提升其光通信能力，推動CW DFB激光器芯片的采用，預(yù)計到2035年的復(fù)合年增長率為16.9%。不斷擴展的5G網(wǎng)絡(luò)以及政府支持的半導體發(fā)展計劃，正推動著對高性能激光器元件的強勁需求。中國龐大的電信基礎(chǔ)設(shè)施和日益增長的光學器件制造能力，為國內(nèi)外技術(shù)供應(yīng)商創(chuàng)造了機遇。

領(lǐng)先企業(yè)正在建立研發(fā)、生產(chǎn)和分銷網(wǎng)絡(luò)，以滿足日益增長的市場需求。行業(yè)關(guān)注的重點包括提高傳輸效率、增強網(wǎng)絡(luò)可靠性以及支持數(shù)據(jù)中心的快速擴張。政府對5G部署和基礎(chǔ)設(shè)施投資的激勵措施，進一步促進了主要電信樞紐對相關(guān)技術(shù)的采用。

 

總結(jié)

CW DFB激光器作為當前光子產(chǎn)業(yè)的核心元件，憑借純凈的光譜特性，正從傳統(tǒng)通信領(lǐng)域加速滲透至AI算力基礎(chǔ)設(shè)施。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，隨著傳輸速率向太比特級別演進，這類器件成為了連接光與電的橋梁。盡管其在高溫環(huán)境和成本控制方面仍面臨嚴峻考驗，但市場對其高性能的需求依然驅(qū)動著整個產(chǎn)業(yè)鏈的快速迭代。

展望未來，全球市場對該類激光芯片的需求將保持強勁增長，尤其是在亞太地區(qū)。除了數(shù)據(jù)通信這一主戰(zhàn)場外，自動駕駛中的探測技術(shù)、高精度的環(huán)境監(jiān)測以及未來的量子計算，都為其打開了新的增長空間。在追求更高輸出功率與更優(yōu)經(jīng)濟性的雙重目標下，該技術(shù)正在不斷突破邊界，成為支撐下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵使能技術(shù)。

 

來源：榮格-《國際工業(yè)激光商情》

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