光电材料之铌酸锂薄膜铌酸锂技术突破

概要2铌酸锂材料广泛应用于光电等领域，薄膜材料成为重要技术方向。铌酸锂晶体具有光电效应多、性能可调控性强、物理化学性能稳定、光透过范围宽等特点，广泛应用于SAW滤波器、光调制器、相位调制器、光隔离器、电光调Q开关等器件中。薄膜铌酸锂材料凭借更高的集成度、更好的性能，逐渐成为其重要技术方向，国内厂商在LNOI领域具备卡位优势。铌酸锂产业链包括上游铌酸锂晶体及薄膜材料、电子束直写以及DUV光刻机设备，中游体材料/薄膜铌酸锂调制器芯片及器件，以及下游应用等环节，各环节均有国内厂商参与，国内铌酸锂产业链趋于完善。根据新思界产业研究中心数据，2022年全球铌酸锂晶体市场规模达11.3亿元，同比增长3.1%。薄膜铌酸锂调制器性能卓越，长期市场空间或超百亿。铌酸锂调制器具有频带宽、稳定性好、信噪比高、传输损耗小、工艺成熟等优点，是当前电光调制器市场的主流产品，主要用在100G-1.2T的长距骨干网相干通讯和单波100/200G的超高速数据中心上。传统体材料铌酸锂调制器由于尺寸较大，难以满足光器件小型化趋势，而薄膜铌酸锂调制器具有大带宽、低功耗、小尺寸等优势，有望成为调制器未来的重要发展方向。我们认为，若叠加通信领域以及光纤陀螺、超快激光器等领域的需求，长期全球薄膜铌酸锂调制器市场规模有望超百亿：1）光通信领域，根据我们测算，长期全球薄膜铌酸锂调制器市场规模约59-88亿元；2）光纤陀螺领域，根据我们测算，2024年中国铌酸锂调制器市场规模约50-67亿元；3）超快激光器领域，根据我们测算，2024年全球铌酸锂调制器市场规模约3.21亿美元（约22亿元）。铌酸锂调制器芯片及器件国产替代需求强烈，薄膜调制器国产化浪潮将至。根据《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》，铌酸锂调制器芯片及器件要不断替代进口，2022年实现市场占有率超30%。传统铌酸锂调制器行业竞争格局较为稳定，全球仅有富士通、住友和光库科技三家主要供应商可以批量供货，我国电信级铌酸锂系列高速调制器器件基本依赖进口。受益于国内薄膜铌酸锂产业链逐渐成熟，随下游新易盛等厂商相继展示或推出薄膜铌酸锂光模块，国内厂商有望在薄膜铌酸锂调制器领域占据卡位优势。投资建议。我们坚定看好铌酸锂薄膜化产业趋势，看好国内铌酸锂产业链，建议关注铌酸锂产业链核心标的光库科技，光通信核心公司中兴通讯、烽火通信、光迅科技、华工科技、中际旭创、新易盛等；激光器核心公司杰普特、大族激光、锐科激光等。关注非上市公司晶正电子、浦丹光电等。风险提示。技术迭代风险，薄膜铌酸锂渗透不及预期，市场竞争超预期，宏观经济波动。1. 铌酸锂晶体：性能优异，主要应用于光电等领域材料性质：铌酸锂晶体具有光电效应多、性能可调控性强等特点发展历程：铌酸锂材料研究近百年分类应用：主要包括声学级和光学级两种类型技术方向：薄膜化成为材料重要发展方向应用领域：光学应用/压电应用/量子应用产业链：国内铌酸锂产业链趋于完善市场规模：22年全球铌酸锂晶体市场规模达11.3亿元竞争格局：市场集中度较高，国内厂商奋起直追铌酸锂调制器：薄膜调制器成长潜力突出，迎国产化机遇投资建议与风险提示3概要深圳市高光特光电科技有限公司微信公众号，孙军等《铌酸锂晶体及其应用概述》1.1

铌酸锂晶体具有光电效应多、性能可调控性强等特点4铌酸锂（LiNbO3）是铌、锂、氧的化合物，是一种自发极化大（室温时0.70

C/m2）的负性晶体。根据孙军等《铌酸锂晶体及其应用概述》，铌酸锂是目前发现的居里温度最高（1210°C）的铁电体。铌酸锂晶体具有光电效应多、性能可调控性强、物理化学性能稳定、光透过范围宽等特点。（1）铌酸锂晶体光电效应多，具有包括压电效应、电光效应、非线性光学效应、光折变效应、光生伏打效应、光弹效应、声光效应等多种光电性能；（2）铌酸锂晶体的性能可调控性强，这是由铌酸锂晶体的晶格结构和丰富的缺陷结构所造成，铌酸锂晶体的诸多性能可以通过晶体组分、元素掺杂、价态控制等进行大幅度调控；（3）铌酸锂晶体的物理化学性能相当稳定，易于加工；（4）光透过范围宽，具有较大的双折射，而且容易制备高质量的光波导，所以基于铌酸锂晶体的声表面波滤波器、光调制器、相位调制器、光隔离器、电光调Q开关等光电器件在电子技术、光通信技术、激光技术等领域中得到了广泛研究和实际应用。表：铌酸锂与其他光电材料的对比铌酸锂砷化镓磷化铟分子式LiNbO3GaAsInP折射率2.297/2.2083.423.2电光系数3285652相对介电常数ε45/2028/4312.9优点光电效应多、性能可调控性强、物理化学性能稳定、光透过范围宽光电性能好、耐热、抗辐射导热性好、光电转换效率高、光纤传输效率高主要应用声表面波滤波器、电光调制器射频器件、LED、VCSEL光模块、激光雷达1.2

发展历程：铌酸锂材料研究近百年高博锋等《铌酸锂的耄耋之路:历史与若干进展》

，

5海通证券研究所时间事件1928年首次对铌酸锂结构特性展开研究1937年实验合成铌酸锂1949年首次发现高温铁电特性1964年成功生长出厘米级铌酸锂晶体1965年发现制备单畴铌酸锂的方法；建立新的铁电与顺电相下铌酸锂晶格结构模型，一直沿用至今1964-1967年国外对铌酸锂的电光、倍频、压电、光折变等特性展开研究1970年我国开始对铌酸锂晶体生长、缺陷、性能及其应用展开研究1980年发现高掺镁铌酸锂的高抗光损伤性能；突破周期极化铌酸锂生长工艺铌酸锂材料的研究已经接近100年，可以划分为三个阶段：第一阶段（

1928-1965年）：国外对铌酸锂的生长工艺和晶格结构展开研究。1928年矿物学家Zachariasian首次对铌酸锂结构特性开展初步研究；1937年，Sue等实验合成了铌酸锂，但并未引起广泛关注；直至1949年，美国Bell实验室的Matthias

和

Remeika发现其高温铁电特性，铌酸锂正式进入人们视野；1964年，Bell实验室的Ballman利用Czochralski

法成功生长出厘米级铌酸锂晶体；1965年，

Bell实验室的Nassau和Levinstein找到制备单畴铌酸锂的方法；1965年，Abrahams等建立新的铁电与顺电相下铌酸锂晶格结构模型，一直沿用至今。第二阶段（1964-1967年）：国外对铌酸锂的特性展开广泛研究。由于突破了材料生长工艺，获得了最优的晶格模型，1964-1967年，美国Bell实验室对铌酸锂的电光、倍频、压电、光折变等特性开展一系列研究。第三阶段（1970年至今）：我国从

1970

年代开始铌酸锂晶体生长、缺陷、性能及其应用研究。1980年，南开大学与西南技术物理所合作发现高掺镁铌酸锂的高抗光损伤性能，该晶体被称为“中国之星”；同年，南京大学突破了周期极化铌酸锂的生长工艺，从实验上实现了准相位匹配。表：铌酸锂材料的发展历程资料来源：QYReseach微信公众号，中科院上海光学精密机械研究所官网，匀晶光电官网

，天通股份2021年报，海通证券研究所1.3

分类应用：主要包括声学级和光学级两种类型6铌酸锂晶体按照应用可以分为声学级和光学级两种类型。光学级铌酸锂晶体：具有较大的电光及非线性光学系数、较宽的光透过窗口、较大的双折射率、能生长出Kg级的体块晶体、机械加工性能良好、不潮解等优势，应用于集成光学波导、波导型激光器、光隔离器用楔角片、电光波导相位调制器、电光波导强度调制器、准相位匹配激光倍频器件、光参量振荡器等领域；声学级铌酸锂晶体：具有优良的压电性能、热稳定性、化学稳定性和机械稳定性，主要应用于声表面波滤波器等领域。产品类型产品示例产品优势应用领域光学级铌酸锂晶体电光及非线性光学系数比较大具有较宽的光透过窗口，321nm-5000nm较大的双折射率，Δ(no-ne)=0.086@632.8nm能生长出Kg级的体块晶体机械加工性能良好，不潮解集成光学波导波导型激光器光隔离器用楔角片电光波导相位调制器电光波导强度调制器准相位匹配激光倍频器件和光参量振荡器声学级铌酸锂晶体优良的压电性能、热稳定性、化学稳定性和机械稳定性声表面波滤波器等表：铌酸锂晶体分类资料来源：李庚霖等《绝缘体上铌酸锂薄膜片上光子学器件的研究进展》，乔玲玲等《超低损耗铌酸锂光子学》，晶正电子官网，36氪，投资界微信公众号，海通证券研究所1.4

技术方向：薄膜化成为材料重要发展方向7铌酸锂薄膜技术及其潜在的集成光子学系统，已经逐渐成为当前光子学研究前沿的“变革性”技术。在基于体材料铌酸锂晶体的光学器件中，光被限制在由离子扩散或质子交换形成的平面波导内，折射率差通常比较小（~0.02），器件尺寸比较大，难以满足光学器件趋于小型化、集成化的需求。而薄膜铌酸锂是通过“离子切片”的方式，从块状的铌酸锂晶体上剥离出铌酸锂薄膜，并键合到附有SiO2缓冲层的Si晶片上，形成的薄膜铌酸锂材料。相比于传统的体材料结构，薄膜铌酸锂平台可以实现更高的集成度、更好的性能。表：薄膜铌酸锂材料发展历程时间事件2004年Rabiei和Gunter利用智能切片工艺在SiO2衬底上制备1cm2的LN薄膜，为LNOI薄膜技术的开发提供了思路2007年Djukic等使用晶体离子切片技术制备了面积为几平方厘米的自支撑式PPLN薄膜2012年Poberaj等首次开发并使用全晶片智能切片制备技术，在沉积有SiO2层的LN衬底上制备了大尺寸（3

in直径）、高均匀度的单晶LNOI薄膜，标志着高质量LNOI薄膜集成光子学平台研究的开端2015年山东大学胡卉团队率先开发出厚度300-900nm的LN单晶薄膜材料产品，并已实现科技成果转化，通过晶正电子（2010年成立）进行商业化生产表：薄膜铌酸锂与其他光子集成平台对比材料SOIGaAsTi:LNLNOIIndex

contrast1.50.10.040.7传播损耗

/（dB·cm-1）2>30.10.027耦合损耗中高低中支持高光功率否否是是交换速率/GHz~50＞50＞100＞100交换功耗中中中中集成激光器异质是否掺稀土集成探测器是是否异质集成批量生产便宜中等昂贵，限制晶圆尺寸昂贵资料来源：李庚霖等《绝缘体上铌酸锂薄膜片上光子学器件的研究进展》1.4

技术方向：薄膜铌酸锂材料的制备工艺8智能切片工艺是制备薄膜铌酸锂材料的有效方法，包括离子注入、晶片键合和热剥离等主要技术手段。1）离子注入：制备铌酸锂薄膜首先需要在铌酸锂块体材料中注入高剂量

（1016-1017cm–2）的He+

，目的是在靶材料中形成“损伤层”,从而可以借助后续的特殊热处理过程实现铌酸锂薄膜与块体材料的分离；2）晶片键合：是制备铌酸锂薄膜的关键步骤，将经过离子注入的

铌酸锂块体材料与衬底材料键合，以可控的方式实现热处理过程中薄膜的剥离，常见的铌酸锂薄膜晶片键合方式包括苯并环丁烯

（BCB）

键合和直接键合；3）热剥离：在超过220

°C条件下，诱导离子注入损伤层内气泡和裂纹的产生，最终使注入层与铌酸锂衬底完全分离，仅留下键合有铌酸锂注入层和衬底的铌酸锂薄膜。图：

薄膜铌酸锂材料的制备流程（晶片直接键合法）在铌酸锂晶片中注入He+

，注入离子能量根据所需的薄膜厚度（即注入深度）选择。离子注入使用等离子体化学气相沉积（PECVD）技术在衬底材料晶片表面沉积一层高密度SiO2薄膜；沉积结束后，在450°C下退火8h；对沉积的SiO2薄膜表面和离子注入面进行化学机械抛光。沉积SiO2将处理后的施体和受体晶片材料在常温下进行直接键合。晶片键合首先在165°C下退火16h；随后在190°C下退火6h，以进一步提高键合强度；再将样品温度提升至约228°C，使

He+注入层与铌酸锂施体材料实现分离。后退火处理键合晶片抛光 •

热处理结束后，利用CMP使制备的铌酸锂薄膜的粗糙度降低到0.5nm以下。资料来源：光库科技2021年报，CSDN，恒元光电微信公众号，董潮涌等《50

Hz铌酸锂电光调Q开关》，济南快谱光电微信公众号，杨剑等《基于周期极化铌酸锂晶体的高功率可调谐光参量振荡器》，一飞通讯官网，海通证券研究所1.5

应用领域：光学应用/压电应用/

量子应用9铌酸锂晶体具有优异的电光效应和非线性光学效应，广泛应用于电光调制器等领域。铌酸锂晶体的光电效应非常丰富，其中电光效应、非线性光学效应性能突出，应用也最为广泛。而且铌酸锂晶体可以通过质子交换或钛扩散制备高品质的光波导，又能够通过极化翻转制备周期性极化晶体，所以在电光调制器、相位调制器、集成光开关、电光调Q开关、电光偏转、高电压传感器、波前探测、光参量振荡器以及铁电超晶格等器件中得到广泛应用。其中，铌酸锂电光调制器是利用铌酸锂晶体的线性电光效应实现的，具有高速率、高消光比、低啁啾等优点，适合光通信用高速外调制器，包含幅度调制器、相位调制器等产品。表：铌酸锂材料的光学应用应用示意图简介铌酸锂电光调制器铌酸锂电光调制器是利用铌酸锂晶体的线性电光效应实现的，具有高速率、高消光比、低啁啾等优点，适合光通信用高速外调制器，包含幅度调制器、相位调制器等产品。铌酸锂集成光开关光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件；2022年，加州理工学院研究团队基于薄膜铌酸锂平台，成功研发出史上最快的集成光子学全光开关。铌酸锂电光调Q开关铌酸锂电光调Q开关应用广泛，常被应用于Er:YAG、Ho:YAG、Tm:YAG激光器中，适应于低功率调Q输出，尤其在激光测距领域发挥着重要的作用。铌酸锂光参量振荡器基于掺镁的周期极化铌酸锂晶体可实现高功率高重复频率中红外激光输出的光学参量振荡器。资料来源：华经产业研究院，滤波器微信公众号，海通证券研究所1.5

应用领域：光学应用/压电应用/量子应用10铌酸锂晶体是优良的压电材料，广泛应用于滤波器等领域。铌酸锂晶体居里温度高，压电效应的温度系数小，机电耦合系数高，介电损耗低，晶体物化性能稳定，加工性能良好，又易于制备大尺寸高质量晶体，是一种优良的压电晶体材料。与常用的压电晶体石英相比，铌酸锂晶体声速高，可以制备高频器件，因此铌酸锂晶体可用于谐振器、换能器、延迟线、滤波器等，应用于移动通信、卫星通信、数字信号处理、电视机、广播、雷达、遥感遥测等民用领域以及电子对抗、引信、制导等军事领域。其中，应用最为广泛的是声表面波滤波器件。声表面波滤波器（SAW）是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件。其基本原理为在输入端由压电效应把无线信号转换为声信号在介质表面传播，在输出端由逆压电效应将声信号转换为无线信号。铌酸锂压电晶圆具有优良的压电性能、热稳定性、化学稳定性和机械稳定性，是制作射频声表面波滤波器的理想基板材料。表：主要的压电材料及特点 图：SAW滤波器结构示意图分类主要材料特点压电晶体（单晶）主要有石英晶体（SiO2）、水溶性压电晶体（酒石酸钾钠）以及铌酸锂晶体性能稳定，造价高昂，一般用于标准仪器或精度要求较高的传感器压电陶瓷（多晶）按其组成基本元素可分为二元系、三元系、四元系压电陶瓷等制作工艺简单、耐潮湿、耐高温、压电常数为石英的几倍，灵敏度高，在检测技术、电子技术和超声领域中应用普遍有机高分子压电材料一类是某些合成高分子聚合物；另一类是高分子化合物中掺杂压电陶瓷PZT或BaTiO3粉末制成的高分子压电薄膜质轻柔软、抗拉强度高、蠕变小、耐冲击、击穿强度为150~200kV/mm，可以大量生产和制成较大的面积半导体压电材料硫化锌（ZnS）、碲化镉（CeTe）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等既具有压电特性又具有半导体特性的材料既可用压电性研制传感器，又可用其半导体特性制作电子器件；也可以合二为一，研制新型集成压电传感器测试系统资料来源：成然等《铌酸锂量子器件研究进展》，海通证券研究所1.5

应用领域：光学应用/压电应用/

量子应用11铌酸锂成为量子器件的重要基础材料，在量子光源、量子中继器件、单光子探测器等领域具有较大应用潜力。铌酸锂是一种应用广泛的传统光学材料，在集成光子学、量子光学领域发挥了很大的支撑作用。主要原因是：与硅、磷化铟、氮化硅等传统材料平台相比，铌酸锂材料有着更加优异的光电特性；铌酸锂晶体属于非中心对称晶体，具有较大的2阶非线性系数，利用铌酸锂晶体中的和频过程、差频过程以及自发参量下转换过程等2阶非线性过程可以高效实现量子光信号的产生以及单光子频率转换等应用。近年来，基于铌酸锂材料制备的量子器件主要包括铌酸锂量子光源、铌酸锂量子中继器件、铌酸锂单光子探测器等。表：铌酸锂材料的量子应用应用示意图简介铌酸锂量子光源量子光源一般包含单光子源和纠缠光源，是实现量子信息领域中的各种应用的核心工具。利用铌酸锂材料中的SPDC过程是产生量子光源的极有优势的方法。铌酸锂量子中继器件在远程量子通信和量子互联网中，需要用量子中继器件对量子信息进行存储、复制放大和转换处理量子存储器是实现量子中继的核心元件，由单原子、量子点、氮空位中心、超导电路、冷/热原子系综等多种物理载体构建而成。铌酸锂波导在量子存储应用方面显示了很大的优势。铌酸锂单光子探测器在量子信息领域，高性能的单光子探测器对实现长距离的量子密钥分发等应用必不可少。传统单光子探测器存在成本高、体积大、集成度差、探测效率低、工作波段不匹配等问题。为解决这些问题近年来，人们开发出了铌酸锂上转换单光子探测器。其工作原理为：将单光子信号与强抽运光共同输入PPLN波导结构，通过2阶非线性和频过程将通信波段单光子转换为短波长的光子，然后再由硅基单光子探测器进行检测。其他铌酸锂量子器件利用动态可重构的铌酸锂波导单片集成器件，制备和表征了压缩真空和双模纠缠态，可以对非经典量子态的产生、操纵进行演示；在LNOI上演示克尔光学频率梳，且提出了宽光谱电光频率梳，可以有效地用于量子测量和量子计算。资料来源：华经产业研究院，浦丹光电官网，富士通官网，光库科技2022半年报，讯石光通讯网，新思界产业研究中心，Optical

Note微信公众号，梁惠康等《电子束光刻设备发展现状及展望》，OFweek维科网，理工导航招股书，英诺激光招股书，锐科激光2021年报，杰普特2022年报，华勇等《用于有线电视发射机的铌酸锂外调制器研究》，亿通科技招股书，金雨茂物新材智微信公众号，新易盛官网，海通证券研究所整理1.6

产业链：国内铌酸锂产业链趋于完善12铌酸锂产业链上游材料主要包括铌酸锂晶体及薄膜，上游设备主要包括电子束直写、DUV光刻机等；产业链中游主要是铌酸锂调制器芯片及器件等，包括体材料铌酸锂调制器和薄膜铌酸锂调制器；产业链下游主要应用于光通信、光纤陀螺、超快激光器、有线电视（CATV）等众多领域。图：铌酸锂产业链图谱铌酸锂晶体爱普科斯、住友金属矿业、

Korth

Kristalle、德清华莹、天通股份、南智芯材等电子束光刻设备Raith、JEOL、Elinoix、Crestec、NanoBeam、Nuflare、Vistec、MAPPER、中电科第48所、中科院电工所等DUV光刻机ASML、尼康、佳能、上海微电子等体材料铌酸锂调制器光纤陀螺DARPA、霍尼韦尔、iXblue、三菱精密、Optolink、理工导航等超快激光器Coherent、Spectra-Physics、Trumpf、锐科激光、大族激光、杰普特、英诺激光等上游：材料及设备中游：调制器芯片及器件等下游：应用场景和领域薄膜铌酸锂济南晶正、上海新硅聚合、厦门博威、SRICO、Partow

Technologies、NGK

Insulators等光通信华为、新易盛等富士通住友光库科技浦丹光电等薄膜铌酸锂调制器富士通光库科技元芯光电铌奥光电等CATV亿通科技、杭州万隆、成都康特、深圳飞通、PBN、ARRIS、SA、哈雷等QYResearch微信公众号，海通证券研究所1.7

市场规模：22年全球铌酸锂晶体市场规模达11.3亿元13全球铌酸锂晶体市场稳步增长，2022年市场规模达11.3亿元。伴随下游行业快速发展，铌酸锂晶体市场空间不断扩大。根据新思界产业研究中心的《2023-2028年中国铌酸锂晶体行业市场深度调研及发展前景预测报告》，2022年全球铌酸锂晶体市场规模达11.3亿元，同比增长3.1%。光学级是铌酸锂晶体的主要类型，2016年占比约60%。根据QYReseach公众号数据，2016年全球铌酸锂晶体市场营收为1.24亿美元（约8亿元），预计2022年达到1.46亿美元（约10亿元），CAGR为2.26％。其中，光学级是铌酸锂晶体的主要类型，2016年全球光学级铌酸锂晶体销售收入约0.75亿美元，约占全球销售收入的60％。此外，

2016年，日本拥有全球最大的铌酸锂晶体出口量和制造商，而欧洲是铌酸锂晶体的第二大销量市场。图：2016年全球铌酸锂晶体收入结构（分类型）01图：2016-2022E年全球铌酸锂晶体市场营收（亿美元）22016202260%40%光学级 声学级资料来源：爱普科斯官网，住友金属矿业官网，Korth

Kristalle官网，信维通信《关于公司拟增资德清华莹的公告》，，国发创投微信公众号，常熟经开区发布微信公众号1.8

竞争格局：市场集中度较高，国内厂商奋起直追14传统铌酸锂晶体生产技术成熟，领先企业市场份额占比较大。在全球市场中，德国爱普科斯、日本住友金属矿业、德国

Korth

Kristalle是市场份额排名前三的铌酸锂生产企业。根据QYResearch公众号数据，2016年爱普科斯、住友金属矿业和Korth

Kristalle的市场份额分别为32.48%、25.09%和3.18%。与海外发达国家相比，我国铌酸锂晶体行业起步较晚，但发展势头迅猛。我国铌酸锂晶体市场主要参与者包括德清华莹、天通股份、南智芯材等。表：铌酸锂晶体领域主要参与者公司地区成立时间简介爱普科斯德国1989总部位于德国慕尼黑，是世界上最大的电子元器件制造商之一。2009年，爱普科斯与TDK元件事业部合并，由位于日本的TDK-EPC公司管理。爱普科斯开发、制造和销售电子元件模块和系统，范围包括汽车电子产品、信息和通信技术、工业电子产品和消费电子产品。住友金属矿业日本1590总部位于日本东京，主要从事有色金属的开采、冶炼、精炼、新材料的销售、制造等。包括矿产资源、冶炼和精炼、材料三大业务，主要提供金属产品、电池材料、晶体材料、粉末材料、包装材料、建筑材料等产品。KorthKristalle德国1949是一家提供激光晶体，红外、可见光、紫外波段高精密光学元件的公司。其产品包括非球面光学元件、分束器、红外光学镜头、光学材料、窗口、棱镜及探测器和光谱设备等。德清华莹中国1997主要从事声表滤波器系列、环行器和隔离器、晶体材料、模块及微组装等产品的研发和生产，拥有行业内技术领先的产业化基地，也是行业唯一从材料到芯片、再到器件和模块的全产业链射频声表专业公司。天通股份中国1999主要从事电子材料（包含磁性材料、蓝宝石材料、压电晶体材料和电子部品）研发、生产和销售，专用装备的研发、制造和销售。南智芯材中国2021由南京大学院士团队领衔，主要从事铌酸锂（LN）和钽酸锂（LT）的研发及产业化。公司致力于光学级铌酸锂晶体的研发和生产，是国内第一个拥有量产光学级晶体能力的公司。资料来源：Optical

Note微信公众号，济南晶正官网，上海新硅聚合官网，厦门博威官网，Partow

Technologies官网，SRICO官网，NGK

Insulators官网，海通证券研究所1.8

竞争格局：国内厂商在薄膜铌酸锂领域具备卡位优势15目前，薄膜铌酸锂材料的主要参与者包括济南晶正、上海新硅聚合、厦门博威、Partow

Technologies、SRICO

、NGK

Insulators等。其中，济南晶正在全球率先实现了铌酸锂单晶薄膜材料的商业化生产，可以提供3/4/6英寸，厚度为300-900nm的薄膜铌酸锂晶圆；上海新硅聚合可以提供4英寸，厚度为300-600nm的薄膜铌酸锂晶圆；厦门博威可以提供4英寸，厚度为300-500nm的薄膜铌酸锂晶圆；美国Partow

Technologies可以提供3/4/6英寸，厚度为300-1200nm的薄膜铌酸锂晶圆；美国SRICO可以提供3英寸，厚度为1000nm的薄膜铌酸锂晶圆；日本NGK

Insulators可以提供厚度为500nm的薄膜铌酸锂晶圆。表：薄膜铌酸锂领域主要参与者公司地区简介晶圆尺寸/英寸晶圆厚度/nm济南晶正中国成立于2010年，致力于纳微米级厚度光电、压电单晶薄膜材料研发、生产及销售；在国际上率先开发并产业化300~900nm厚度铌酸锂单晶薄膜材料产品3/4/6300-900上海新硅聚合中国成立于2020年，致力于异质集成材料衬底研发、生产及销售；产品主要包括高性能微声芯片材料和高速光通讯芯片材料4300-600厦门博威中国成立于1990年，是国内领先的化合物半导体材料制造商；产品主要包括氮化镓晶圆、碳化硅晶圆、砷化镓晶圆、化合物半导体、锗晶圆、镉锌晶片、硅晶圆、晶圆制造设备等4300-500PartowTechnologies美国成立于

2012年，专门设计、制造并提供先进的光子和电子基板和组件；目前公司为客户提供各种定制薄膜、定增厚膜制造及键合服务3/4/6300-1200SRICO美国主要制造集成光波导器件及光电产品；产品主要包括即插即用PPLN非线性光波长转换器、线性宽带电光调制器、光子电场传感器、Photrode™

电压传感器31000NGKInsulators日本成立于1919年，公司业务涵盖储能系统、绝缘子、汽车陶瓷、特殊金属和模具、电子元器件、高性能陶瓷、工业过程产品、C1家用净水器等；其中，电子元器件业务提供键合晶圆5001.8.1

晶正电子：铌酸锂单晶薄膜产品全球领先资料来源：晶正电子官网，36氪官网，企查查，海通证券研究所16产品示例特点应用体积小，稳定性用于制作高速电光调300-900nm铌酸锂单晶薄膜好，带宽大，传输速率高，功耗低，CMOS驱动电压兼容，可实制器、高性能声波滤波器等高性能器件，应用于数据中心、长距离数据传输、手机现光集成基站等5-50μm铌酸锂单晶薄膜能够更好的抑制温度的漂移，更容易加工温度补偿声表面波滤波器、主营业务：晶正电子致力于纳微米级厚度光电、压电单晶薄膜材料的研发、生产及销售；产品涵盖多种规格高技术难度、高规格晶体薄膜材料，可用于制作高性能调制器、滤波器、探测器、晶振及高密度信息存储器件等，广泛应用于光电、压电、铁电、太赫兹、红外探测等领域。铌酸锂：公司在国际上率先开发出并产业化300-900nm厚度铌酸锂单晶薄膜材料产品。目前，公司铌酸锂产品包括300-900nm铌酸锂单晶薄膜和5-50μm铌酸锂单晶薄膜，前者主要用于制作高速电光调制器、高性能声波滤波器等高性能器件，应用于数据中心、长距离数据传输、手机、基站等，后者主要用于制作温度补偿声表面波滤波器，能够更好的抑制温度的漂移，更容易加工。客户情况：公司客户覆盖全球200余家，包括国际一流研究机构（剑桥大学、哈佛大学、耶鲁大学、清华大学等）以及多家国际著名科技公司等。表：晶正电子发展历程 表：晶正电子铌酸锂产品时间 事件2010年成立晶正电子2015年率先研发出纳米厚度铌酸锂单晶薄膜产品，填补行业空白2016年建立约40亩的生产工厂，实现工业化生产；获得中融新大集团有限公司A轮融资2019年获得映趣资本B轮融资2020年获得源创多盈战略融资2021年获得紫荆资本、世纪金源、华义创投、启赋资本战略融资；获得山东省“专精特新”中小企业、国家级高新技术企业2022年发生工商变更，新增哈勃投资为股东；获得远致创投战略融资1.8.2

天通股份：压电晶体材料国内领先17主营业务：公司目前形成电子材料、电子新能、智能装备三大业务板块，业务涵盖电子信息材料产业链上下游。其中，电子材料业务包括磁性材料、蓝宝石晶体材料、压电晶体材料等。铌酸锂：公司的压电晶体材料主要包括铌酸锂和钽酸锂，其中铌酸锂产品包括4/6英寸黑化铌酸锂晶片。产品具有生产技术成熟，易于清洗处理，热稳定性化学稳定性好，集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等功能于一体的特点，广泛应用于声表面波器、光通迅、激光及光电子等领域。收入情况：公司压电晶体材料已成功实现量产，销量位居国内同行第一。2020-2021年，公司压电晶体材料制造业务的营收分别为0.40、1.18（+196.93%）亿元，营收占比分别为1.26%、2.88%，营收占比不断提高。产品尺寸示例特点应用黑化铌酸锂晶片4/6英寸生产技术成熟易于清洗处理热稳定性化学稳定性好集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等功能于一体的多功能材料广泛应用于声表面波器、光通迅、激光及光电子等领域图：天通股份压电晶体材料收入表：天通股份铌酸锂产品资料来源：天通股份官网，天通股份2021年报，海通证券研究所0%1%2%3%4%0122020营收（亿元，左轴）2021占比（%，右轴）1. 铌酸锂晶体：性能优异，主要应用于光电等领域铌酸锂调制器：薄膜调制器成长潜力突出，迎国产化机遇铌酸锂调制器是当前电光调制器市场的主流产品铌酸锂调制器的未来——薄膜铌酸锂调制器需求：长期薄膜铌酸锂调制器市场规模超百亿供给：国产化替代需求强烈，国内厂商迎来重要发展机遇投资建议与风险提示18概要资料来源：华经产业研究院，海通证券研究所2.1

铌酸锂调制器是当前电光调制器市场的主流产品19电光调制器（EOM）是利用某些电光晶体的电光效应制成的调制器。电光效应是指当电光晶体受到外加电场时，电光晶体的折射率会发生变化，通过该晶体的光波特性也会相应变化，从而实现对光信号的幅度、相位以及偏振状态等参量的调制。电光调制器包括相位调制器、强度调制器、偏振调制器等类型。铌酸锂调制器性能优异，主要用在100G-1.2T的长距骨干网相干通讯和单波100/200G的超高速数据中心上。目前行业内光调制的技术主要有三种：基于硅光、磷化铟和铌酸锂材料平台的电光调制器。其中，硅光调制器具有低能耗、低成本等优势，主要应用在短程的数据通信用收发模块中；磷化铟调制器主要用在中距和长距光通信网络收发模块；铌酸锂调制器具有带宽高、稳定性好、信噪比高、传输损耗小、工艺成熟等优点，是当前电光调制器市场的主流产品，主要用在100Gbps以上直至1.2Tbps的长距骨干网相干通讯和单波100/200Gbps的超高速数据中心上。表：电光调制器技术路线及适用场景对比技术路线技术特点局限性应用场景主要供应商铌酸锂起步早，高调制带宽、良好消光比和优越的器件稳定性，但是设计难度大、工艺较为复杂，在设计、制造、封装等环节均存在较高门槛器件的的尺寸相对较大，集成后较难应用于一些小尺寸器件中高速高带宽的长距离通信调制器由日本Fujitsu、住友等垄断，国内的大部分由国外企业供应硅光利用已有的微电子技术在大规模CMOS集成。具有低能耗、低成本等优势，在硅光上集成光传输通道的工艺难度相对较低耦合插损大、光源集成难度高、温度敏感、偏振敏感数据中心等美国Intel、Cisco等磷化烟具有较高的电场漂移速度，良好的热导特性和较强的抗辐射能力，半绝缘磷化烟衬底主要应用于光电集成电路（OEIC），高电子迁移率晶体管（HEMT以及异质结器件（HBT）等中短距离适用光通信器件、光网络等Lumentum、Finisar、新飞通（NeoPhotonics）、英飞凌（Infineon）等，主要为美国厂商资料来源：光电汇OESHOW微信公众号，

Fujitsu官网，海通证券研究所2.2

铌酸锂调制器的未来——薄膜铌酸锂调制器20体材料铌酸锂调制器在关键性能参数的提升上遭遇瓶颈，且体积较大，不利于集成。传统铌酸锂调制器以体铌酸锂为材料，虽然体材料铌酸锂调制器在高速骨干网的传输调制中起到关键作用，但也存在一定不足：（1）受限于铌酸锂材料中的自由载流子效应，传统铌酸锂基电光调制器的信号质量、带宽、半波电压、插入损耗等关键性能参数的提升逐渐遭遇瓶颈，且与CMOS工艺不兼容；（2）由于铌酸锂材料和工艺原因，铌酸锂调制器的尺寸大小无法缩小，难以满足“在光模块对端口密度越来越大的要求下，对光器件的尺寸要求越来越小”的要求。上述不足限制了铌酸锂在更小及更高要求的下一代网络中的应用。薄膜铌酸锂调制器具有大带宽、低功耗、小尺寸等优势，有望成为调制器未来的重要发展方向。相较于其他光电子材料，如磷化铟（成本受限）、硅光（性能功耗受限）、铌酸锂晶体（尺寸受限），薄膜铌酸锂可实现超快电光效应和高集成度光波导，具有大带宽、低功耗、低损耗、小尺寸等优异特性，并可实现大尺寸晶圆规模制造，是非常理想的电光调制器材料。图：传统/薄膜铌酸锂调制器的关键性能对比图：传统/薄膜铌酸锂调制器的关键性能对比图：富士通发布的薄膜铌酸锂调制器体积较传统产品减少

60%资料来源：两江科技评论微信公众号，讯石光通讯网，国家自然科学基金委员会科学传播与成果转化中心，MIT科技评论，光库科技官网，新易盛官网，海通证券研究所2.2

铌酸锂调制器的未来——薄膜铌酸锂调制器21时间事件2018年哈佛大学Marko

Loncar团队采用薄膜铌酸锂材料成功研制出带宽达100GHz的CMOS电压兼容的集成MZI电光调制器2019年中山大学余思远与蔡鑫伦团队通过在硅基芯片上混合集成具有优越线性电光效应的铌酸锂薄膜材料，制备了硅与铌酸锂混合集成的电光调制器2021年富士通光器件公司FOC推出世界首款可商用的200GBaud薄膜铌酸锂调制器；元芯光电发布全国产薄膜铌酸锂强度调制器产品2022年中山大学与华为合作发表了世界首例基于铌酸锂薄膜的偏振复用相干光调制器芯片；铌奥光电研制的铌酸锂薄膜相干调制器芯片支持世界首例260Gbuad

DP-QPSK信号100公里光纤传输；香港城市大学王骋团队大幅提升薄膜铌酸锂调制器线性度及工作带宽，为薄膜铌酸锂平台应用在微波和毫米波光子学的重要瓶颈提供了解决方案；新易盛在OFC

2022上展示了基于薄膜铌酸锂调制器技术的下一代800G

OSFP

DR8光模块2023年光库科技在美国西部光电展上展示了薄膜铌酸锂强度调制器产品“C+L波段

70GHz

强度调制器（AM70）；新易盛在OFC2023上展示了基于薄膜铌酸锂调制器的800G

OSFP

DR8光模块，功耗仅为11.2W薄膜铌酸锂调制器商业化落地，大规模量产在即。海外来看，2018年，哈佛大学Marko

Loncar团队采用薄膜铌酸锂材料成功研制出带宽达100GHz的CMOS电压兼容的集成MZI电光调制器；2021年，富士通光器件公司FOC推出世界首款可商用200GBaud薄膜铌酸锂调制器。国内来看，2019年，中山大学余思远/蔡鑫伦团队通过在硅基芯片上混合集成铌酸锂薄膜材料，制备了硅与铌酸锂混合集成的电光调制器；2021年，元芯光电发布全国产薄膜铌酸锂强度调制器产品；2022年，中山大学与华为合作发表世界首例基于铌酸锂薄膜的偏振复用相干光调制器芯片，铌奥光电研制的铌酸锂薄膜相干调制器芯片支持世界首例260G波特DP-QPSK信号100公里光纤传输；2023年，光库科技在美国西部光电展上展示了薄膜铌酸锂强度调制器产品，具有超高带宽（＞70GHz）和小体积特点。多家公司已经将薄膜铌酸锂调制器技术应用到800G光模块中。例如，

2022年，新易盛在OFC

2022上展示了基于薄膜铌酸锂调制器技术的下一代800G

OSFP

DR8光模块；2023年，新易盛在OFC

2023上展示了基于薄膜铌酸锂调制器的800G

OSFP

DR8光模块，功耗仅为11.2W。表：薄膜铌酸锂调制器发展历程华经产业研究院，海通证券研究所测算注：其中光纤陀螺领域由于主要应用在特种等领域，审慎原则我们仅测算国内市场2.3

需求：长期薄膜铌酸锂调制器市场空间或超百亿222024年全球调制器芯片及器件市场规模将达226亿美元。根据光库科2021年报援引WinterGreen

Research的数据，预测2024年全球调制器芯片及器件市场（包含通信、传感及其他）将增长至226亿美元。我们认为，随相干光通信快速渗透，叠加光纤陀螺、超快激光器等非通信市场的需求后，长期全球薄膜铌酸锂调制器市场规模有望超百亿。1）光通信领域，根据我们测算，长期全球薄膜铌酸锂调制器市场规模约59-88亿元；2）光纤陀螺领域，根据我们测算，2024年中国铌酸锂调制器市场规模约50-67亿元；3）超快激光器领域，根据我们测算，2024年全球铌酸锂调制器市场规模约3.21亿美元（约22亿元）。图：长期铌酸锂调制器市场规模测算（亿元）铌酸锂调制器光通信光纤陀螺超快激光器有线电视视频传输微波光子学其他图：铌酸锂调制器的应用领域1009080706050403020100光通信领域光纤陀螺领域超快激光器领域资料来源：源杰科技招股书，中国电子元件行业协会，海通证券研究所2.3.1

光通信：铌酸锂调制器是相干光通信系统的核心器件23光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号进行传输信息的系统。在光通信系统中，信息由LED或LD发出的光波所携带，光波就是载波，把信息加载到光波上的过程就是调制，光调制器就是实现从电信号到光信号的转换的器件。铌酸锂调制器是相干光通信系统的核心器件。铌酸锂系列高速调制器芯片及器件主要应用于高速、超高速相干光纤通讯网络中光信号的调制，是搭建高速光网络必不可少的器件，在100G/400G相干光通讯网络中有非常广泛的应用。随着5G网络和数据通信的高速发展，核心光网络向超高速和超远距离传输升级，对光通信骨干网的需求也不断增加，铌酸锂调制器作为光通信骨干网的核心光器件，因其固有的优点将会迎来重大发展机遇。图：光调制器属于光有源器件图：光调制器处于光通信系统发射端资料来源：中兴官网，易飞扬通信微信公众号援引Gigalight，海通证券研究所2.3.1

光通信：相干下沉为铌酸锂调制器带来重要机遇24相干下沉为铌酸锂调制器带来重要发展机遇。随着单通道传输速率的提高，现代光通信领域越来越多的应用场景开始用到相干光传输技术，相干技术从过去的骨干网（>1000km）下沉到城域（100-1000km）甚至边缘接入网（<100km）。另一方面在数通领域，相干技术也已经成为数据中心间互联（DCI）的主流方案（80-120km）。相干光链路的用量在未来几年将迎来井喷式增长。我们认为，铌酸锂调制器作为相干光通信系统的核心器件，相干下沉会进一步增加其需求，为其带来重要发展机遇。图：相干光模块互通标准的发展演化 图：光传输技术演进历史资料来源：C114通信网援引Lightcounting，菲魅通信微信公众号，光通信充电宝微信公众号，海通证券研究所2.3.1

光通信：相干增长潜力较大，薄膜铌酸锂未来可期25相干光模块增长潜力较大，薄膜铌酸锂调制器未来可期。根据C114通信网援引Lightcounting数据，预计光模块市场将从2020年的80亿美元增加到2026年的145亿美元。其中，以太网光模块和CWDM/DWDM的强劲销售占据市场增长的大部分。此外，旭创科技产品管理副总经理丁海表示，到2025年，相干市场规模将仅次于以太网市场。而针对相干光模块的技术演进，在光、电芯片技术发展方面，800ZR的光模块产品可能会用到5nm甚至更先进制成的DSP芯片、硅基混合集成光芯片和Flip

Chip工艺等先进封装技术，相干光收发组件要能支持96/128GBaud、DP-64QAM/DP-16QAM高阶调制的信号。当波特率达到128GBd时，光芯片的带宽至少要70~80GHz，基于硅光材料的调制器可能无法支持如此高的速率，而传统III-V材料的光调制器理论上可以达到，但实现难度也会相当大。因此业界也在尝试一些新的材料与器件技术，比如薄膜铌酸锂。铌酸锂一直被认为是用来做光调制器的优选材料，传统的体材料铌酸锂调制器由于体积庞大且带宽受限于器件尺寸，无法支持64GBd以上的波特率应用，近年来由于薄膜铌酸锂芯片加工技术的突破，使铌酸锂调制器也可以实现小尺寸和高带宽，因此被认为是实现100GBd及以上的光调制器的潜在技术方向。图：全球光模块细分市场规模预测 图：传统光模块（左）与相干光模块（右）的区别资料来源：讯石光通讯网，全景网投资者关系互动平台援引Cignal

AI，华经产业研究院，光库科技《2020年创业板向特定对象发行股票募集说明书》，海通证券研究所测算2.3.1

光通信：长期薄膜铌酸锂调制器市场规模近百亿26长期光通信领域全球高速相干薄膜铌酸锂调制器市场规模约为59-88亿元。根据全景网投资者关系互动平台援引Cignal

AI预测，随着高速相干光传输技术不断从长途/干线下沉到区域/数据中心等领域，用于高速相干光通信的数字光调制器需求将持续增长，2024年全球高速相干光调制器出货量将达到200万端口。根据华经产业研究院数据，我们假设每个端口平均需要1-1.5个调制器，并假设薄膜铌酸锂调制器渗透率可达50%；根据光库科技定增说明书，我们假设薄膜铌酸锂调制器平均售价约5865元/个，则对应的市场空间约为59-88亿元。图：全球高速相干光调制器出货量表：长期全球高速相干薄膜铌酸锂调制器市场空间测算指标 数量/金额全球高速相干光调制器出货量/万200每个端口所需调制器/个11.5调制器总数/万200300薄膜铌酸锂调制器占比50%薄膜铌酸锂调制器出货量/万100150薄膜铌酸锂调制器售价/（元/个）5865薄膜铌酸锂市场空间/亿元58.6587.982.3.2

光纤陀螺：铌酸锂Y波导是光纤陀螺的核心元器件光纤陀螺是惯性技术领域的主流陀螺仪表。光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光纤旋转传感器，是光纤和光波器件组成的全固态结构，无运动部件，重量轻，可靠性高，配臵灵活，通过优化设计可实现高精度、低成本，是目前惯性技术领域的主流陀螺仪表。光纤陀螺由光源、探测器、耦合器、Y波导、光纤环组件、光信息处理电路等部分构成。其中，

Y波导器件作为光纤陀螺的核心元器件单元，在陀螺系统中具有起偏、分束和合束的作用，其性能指标决定了陀螺的精度和稳定性。铌酸锂Y波导是光纤陀螺最常用的相位调制器。光纤陀螺仪是基于Sagnac效应应用，光发射后经过Y波导，当陀螺仪旋转时Y波导（铌酸锂电光效应）两条光分路的光会产生相位差，从而返回到探测器时会形成干涉，探测光强度形成周期性变化。陀螺的转速与干涉仪探测到的相位差成正比，从而可以获知转速、角度等精密测量信息。图：光纤陀螺仪内部采用铌酸锂芯片制作Y波导图：光纤陀螺的结构示意图资料来源：长盈通招股书，立鼎产业研究院，海通证券研究所27资料来源：长盈通招股书，理工导航招股书，赛昇信息技术研究院，海通证券研究所测算2.3.2

光纤陀螺：24年中国铌酸锂调制器市场规模约50亿282024年中国光纤陀螺市场规模达257.7亿元。根据长盈通招股书援引赛昇信息技术研究院的数据，2019

年国内光纤陀螺市场规模为105.2亿元，预计2024年市场规模将达257.7亿元，2019-2024年CAGR为19.6%。根据理工导航招股书数据，我们假设光纤陀螺的毛利率约35%，并且假设光纤陀螺仪中铌酸锂调制器成本占比约30%-40%，则对应2024年中国光纤陀螺领域铌酸锂调制器市场规模约50-67亿元。图：2014-2024年中国光纤陀螺市场规模（亿元）表：光纤陀螺领域铌酸锂调制器市场空间测算20192024中国光纤陀螺市场空间/亿元105.2257.7光纤陀螺毛利率35%光纤陀螺成本/亿元68.38167.51铌酸锂调制器成本占比30%40%30%40%中国铌酸锂调制器市场空间/亿元20.5127.3550.2567.00资料来源：英诺激光招股书，宋方等《主动锁模飞秒光纤激光器》，

《激光世界》期刊官网《高功率大能量飞秒脉冲激光技术的现状与发展趋势》，海通证券研究所2.3.3

超快激光器：铌酸锂调制器是主动锁模的关键器件29超快激光器（超短脉冲激光器）是指激光脉冲持续时间更短的激光器，主要包括皮秒（10-12s）激光器和飞秒（10-15s）激光器，以飞秒激光为代表的超快激光技术是全球前沿激光技术之一。而锁模是激光器产生超短脉冲的方法，其一般分为主动锁模和被动锁模，前者是从外部向激光器输入信号，周期性地调制激光器的增益或损耗达到锁模，后者则采用饱和吸收器，利用其非线性吸收达到损点相对相位，产生超短脉冲输出。铌酸锂调制器是主动锁模的关键器件。其工作原理是，正弦电压信号作用于铌酸锂调制器，调制器将产生周期性的相位变化或者损耗，周期性的变化作用于谐振腔内循环的脉冲，他们之间的相互影响使得产生锁模序列。图：铌酸锂调制器应用于主动锁模光纤激光器中图：超快激光器工作原理资料来源：英诺激光招股书，Mordor

Intelligence，凌云光子微信公众号援引《2021中国激光产业发展报告》，海通证券研究所测算2.3.3

超快激光器：24年全球铌酸锂调制器市场规模约20亿302024年全球超快激光器市场规模达128.2亿美元。根据英诺激光招股书援引Mordor

Intelligence的数据，

2018年全球超快激光市场容量约为33.7亿美元，到2024年将达到128.2亿美元，其中以中国为代表的亚洲市场将成为超快激光器的主要增长区域。根据《2021中国激光产业发展报告》，2018年中国超快激光器市场规模为22.6亿元，预计2021年将达到32.6亿元。根据英诺激光招股书，我们假设超快激光器的毛利率约50%，