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光電子元器件行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 海創(chuàng)光電    2023-11-06

激光光學元器件和激光模組產(chǎn)品品類眾多、下游應用廣泛。激光光學元器件和激光模組具有定制化、高毛利的特點，對下游產(chǎn)品的性能影響較大。行業(yè)內(nèi)公司的規(guī)模一般都較小，產(chǎn)品分類多樣，多數(shù)公司產(chǎn)品涉及多個下游應用領域?？傮w來看，目前我國該行業(yè)內(nèi)未形成絕對的行業(yè)龍頭企業(yè)，大部分企業(yè)均有各自專注的細分市場。未來，細分賽道的選擇及新產(chǎn)品的研發(fā)能力，對行業(yè)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展越來越重要。

本行業(yè)創(chuàng)新特征主要體現(xiàn)在新技術的創(chuàng)新、應用和升級，未來的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)以下特點：

（1）光電子元器件將向集成化、多功能化、智能化的方向進一步發(fā)展

智能汽車、無人機、智能手機、安防攝像機等市場需求的高速成長帶動了光電子元器件產(chǎn)業(yè)的結構調(diào)整。各類終端產(chǎn)品向更加智能、更多功能、更加輕薄的方向發(fā)展，對各類光電子元器件提出了集成度更高、功能更全面、智能程度更高的要求。把光器件和電子器件集成在同一基片上的集成電路稱之為光電子集成電路。光電子集成電路技術不僅具備控制不同元件間的電子流動的能力，而且具備控制光子流動的能力。

光器件有激光器、發(fā)光二極管、光調(diào)制器、光放大器，光開關、光耦合器、光波導、光分/合束器及各類列陣等；電器件有與光器件相搭配的驅(qū)動電路、控制電路、放大電路和其它電路等。通過不同光電器件之間的組合，再結合人工智能技術，實現(xiàn)不同功能的智能化光電子集成電路器件，以滿足不同應用的需求。未來，光電子元器件將向集成化、多功能化、智能化的方向進一步發(fā)展。

（2）激光元器件將向更高的抗激光損傷閾值進一步發(fā)展

通過激光技術實現(xiàn)更高的功率和光束質(zhì)量，是激光領域最為活躍的研究方向之一，其技術演進涉及薄膜、光學加工、膠合、器件設計和檢測等光電子多方面的技術環(huán)節(jié)。在強激光系統(tǒng)中，光電子元器件的光學薄膜具有重要作用。

光學薄膜即使出現(xiàn)十分微小的瑕疵，也會導致輸出光束質(zhì)量的下降，甚至引發(fā)激光系統(tǒng)的癱瘓。激光光學薄膜的抗損傷閾值是整個激光系統(tǒng)向高能量、高功率方向發(fā)展的關鍵瓶頸，也是影響激光系統(tǒng)使用壽命的決定性因素之一，是當今高功率激光技術的研究熱點之一。

高功率激光光學薄膜的制備是一個工藝環(huán)節(jié)冗長、復雜的系統(tǒng)工程，包括薄膜設計理論、高純原材料控制、光電子元器件表面超精密加工、膜厚控制、檢測技術等內(nèi)容，涉及多學科交叉。未來，光電子元器件將向更高的抗激光損傷閾值進一步發(fā)展，從而為生產(chǎn)更高功率的激光器提供重要支撐。

（3）光電子元器件是國家戰(zhàn)略實施的重要保障，未來仍是行業(yè)國產(chǎn)化的主戰(zhàn)場

光電子元器件因其處于科技創(chuàng)新的前沿陣地，應用十分廣泛，是許多國家重大戰(zhàn)略項目實施的關鍵所在。

在自動駕駛領域，中國車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度最快，戰(zhàn)略化程度最高。2020 年 2月，發(fā)改委、工信部等 11個部委聯(lián)合印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出到2025 年，中國標準智能汽車的技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎設施、法規(guī)標準、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡安全體系基本形成；展望 2035 到 2050 年，中國標準智能汽車體系全面建成、更加完善。

2021 年 12 月，中央網(wǎng)絡安全和信息化委員會印發(fā)《“十四五”國家信息化規(guī)劃》，提出開展車聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng)新示范，遴選打造國家級車聯(lián)網(wǎng)先導區(qū)，加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路基礎設施建設、5G-V2X4車聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡建設，提升車載智能設備、路側(cè)通信設備、道路基礎設施和智能管控設施的“人、車、路、云、網(wǎng)”協(xié)同能力，實現(xiàn) L35級以上高級自動駕駛應用。未來自動駕駛對激光雷達及相關光電子元器件的國產(chǎn)化需求將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢。

在工業(yè)激光領域，高端激光裝備面向航空航天、高端裝備制造、電子、新能源、新材料、醫(yī)療儀器等國家重大需求。光電子元器件是高性能激光器的基礎，其應用了增透膜、反射膜、濾光膜、分光膜等光學薄膜技術，同時隔離器、合束器、聲光調(diào)制器等器件也是高性能激光器的重要組成部分。因此高端光電子元器件是支撐高性能激光器制造技術發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)之一。

在光通訊領域，光通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和新一代信息技術的關鍵基礎設施。圍繞光波處理和傳輸?shù)母黝惞怆娮釉骷嫵闪斯馔ㄓ嵪到y(tǒng)的技術基礎。具體而言，光有源器件實現(xiàn)了光通訊系統(tǒng)中光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換，被稱為光傳輸系統(tǒng)的心臟；光無源器件實現(xiàn)了光路的連接、分路、交換、隔離、合路、控制等，可改變光信號的傳播特性。國內(nèi)企業(yè)在無源器件和中低端有源器件的市場份額較高，但是對于光芯片、高端有源器件仍有較大的提升空間。

在生物醫(yī)療領域，光電子元器件的應用逐步擴大，光電子元器件是許多高端4 5G-V2X 是新一代車用無線通信網(wǎng)絡，即應用 5G 技術，實現(xiàn)車與 X（車與車、人、路、服務平臺）之間的網(wǎng)絡連接。

國際汽車工程師協(xié)會將自動駕駛技術劃分為 L0~L5，其中 L3 為有條件自動化駕駛，即由系統(tǒng)完成所有駕駛操作，根據(jù)系統(tǒng)請求，駕駛者提供適當操作。

生物醫(yī)療器械的核心組成部分，例如光學檢測因無創(chuàng)性和精準性等特點，已經(jīng)成為醫(yī)學診斷領域定性和定量判斷的最重要的技術之一，光電子元器件對于高端醫(yī)療設備的小型化和耐高溫性能等至關重要。

2021 年國務院印發(fā)的《關于推動公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展意見》，提出推動云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、第五代移動通信（5G）、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一代信息技術與醫(yī)療服務深度融合，推動手術機器人等智能醫(yī)療設備和智能輔助診療系統(tǒng)的研發(fā)和應用。因此，高端光電子元器件的國產(chǎn)化也成為了我國推進高端醫(yī)療器械國產(chǎn)化的重要保障。

未來，隨著激光雷達、工業(yè)激光、生物醫(yī)療、光通訊等領域國產(chǎn)化進程的進一步推進，我國光電子元器件行業(yè)將迎來戰(zhàn)略機遇期，對高端、關鍵光電子元器件技術的突破和國產(chǎn)化將是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。

（4）激光微光學技術正有力助推激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展

激光技術的應用和推廣不僅僅依賴于各類產(chǎn)生激光的激光器，同時也需要配套光學元器件對產(chǎn)生的激光進行調(diào)控，以達到對激光的精確和高效應用。利用微光學透鏡對激光進行整形，通過調(diào)節(jié)光斑參數(shù)，能實現(xiàn)對激光源產(chǎn)生的光束進行精密控制，從而在合適的時間把光束傳輸?shù)胶线m的位置以實現(xiàn)對光子的高效利用，滿足特定應用對激光光斑形狀、功率密度和光強分布的要求，開拓各類應用場景。

光學整形后的光斑在眾多應用中表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，如線光斑、面光斑在應用于激光焊接、剝離和退火等領域時可大幅提升加工效率；在應用于激光雷達時可以減少機械運動部件的使用，從而大幅提高系統(tǒng)可靠性和車規(guī)級穩(wěn)定性。激光光學元器件有力助推激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展，和半導體、消費電子等產(chǎn)業(yè)進一步融合，擁有廣闊的市場體量。

（5）激光雷達將向更廣闊的應用領域發(fā)展

隨著技術的不斷迭代以及成本的不斷下降，基于激光與光學技術的激光雷達應用空間正在不斷拓展。

激光雷達最早被用于測距上。1969 年 7 月美國第一次登月，人類首次利用激光測距測得了精確的地月距離。不過激光并沒有停留在測距這一單一的用途上，密集的激光束可以將被測物體的每一個細節(jié)都精確的建模還原，很快便被應用在了測繪、文物保護、3D 建模等領域。將高精度的激光雷達安置在汽車、飛機甚至衛(wèi)星上可以對大范圍的地形地貌進行精確的還原，并且激光可以穿過狹窄的縫隙，因此在植被覆蓋的地表也能夠探測到植被下方的詳細地貌，激光雷達被廣泛用于測繪領域。

隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，自動駕駛概念也在飛速進步。隨著無人駕駛汽車配備激光雷達的前景被看好，越來越多的企業(yè)開始了車載激光雷達的研發(fā)，涌現(xiàn)出了 Velodyne、Luminar、Ouster、速騰聚創(chuàng)、圖達通、法雷奧、禾賽科技、大疆覽沃等一眾激光雷達企業(yè)，激光雷達的成本也開始大幅度降低。目前，搭載激光雷達的汽車已經(jīng)逐漸實現(xiàn)量產(chǎn)。

激光雷達對于不同反射率的物體有不同的感知，而道路車道線、交通標識等多采用高反光率的涂層，因此通過激光雷達識別車道線等也是一種極佳的技術路線。在 V2X 技術中，路側(cè)感知設備也在積極探索對激光雷達的運用。憑借高精度的感知能力，固定在路側(cè)的激光雷達可以更準確地捕捉到車輛視覺盲區(qū)的行人等潛在障礙，通過 V2X 技術將視野盲區(qū)的潛在風險“告知”車輛，可以有效地避免有遮擋交叉路口側(cè)翻車輛等難以主動避免的安全隱患。路側(cè)的激光雷達等V2X 硬件還可以在安防、智慧城市等更多領域發(fā)揮作用。

隨著激光雷達在自動（輔助）駕駛汽車上越來越多的被搭載，激光雷達也從測繪這樣的小眾市場進入了大眾消費市場，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，開始出現(xiàn)在了更多的領域。而激光雷達也不止在交通領域發(fā)力，在消費電子、VR 游戲、機器人、物流車、室內(nèi)建模等更多的領域有著很大的潛力，未來將有望出現(xiàn)在我們生活的更多場景中。