导读：
东方富海博士后创新实践基地秉承研究发现价值、研究引领投资的理念，对投资实务进行前瞻性研究。我们特别设立了“富海洞察”专栏，用于发布基地系列研究报告，供交流探讨。本文是光模块行业的相关研究，为基地出品的第30篇报告。
数字经济的高速发展，带来了人工智能（简称“AI”）算力需求的井喷式增长，叠加5G网络的全面铺开与超大规模数据中心的持续布局，已驱动光通信产业进入重要的升级发展阶段。光模块作为光通信系统中光电信号转换的核心元器件，是支撑数据高速传输、实现算力高效互联互通的核心基建，更是链接产业链上下游、打通技术创新成果与市场实际需求的关键枢纽。当前，光模块行业正处于技术不断迭代、市场需求持续释放的双重利好阶段，但也面临着高端芯片国产化突破、规模化生产的成本优化等核心挑战，其发展态势不仅决定着光通信产业链的成本与运营效率，更直接影响着全球通信产业话语权与发展主导权的竞争格局。
1光模块概念
光模块是光通信系统的核心器件，由各类无源器件与光电芯片集成封装而成，是数据中心互连、5G 承载网络及全光接入网络的基础组成单元，核心功能为实现光纤通信过程中的光电、电光双向信号转换。从结构上划分，光模块的核心组成包括光发射器件（TOSA，内置激光器）、光接收器件（ROSA，内置光探测器），同时搭配功能电路与光、电接口等关键部件。
如图1所示，光模块的工作逻辑围绕光电转换展开：在发射端，电信号经驱动芯片处理后，驱动激光器或发光二极管发出调制光信号；接收端则通过光电探测器将传入的光信号还原为电信号，再经放大、处理后输出匹配的数据信号。除核心光电部件外，光模块还配备功能电路、接口电路，以及防尘帽、裙片、标签、接头、壳体、收发射专用接口等辅助组件，所有部件协同配合，保障光信号传输与处理的高效性和稳定性。
图1. 光模块工作原理及示意图
2驱动因素
下游应用市场的需求是光模块产业发展的核心驱动力，当前行业需求以 AI 与超大规模数据中心为核心牵引，5G 及传统电信市场作为重要补充。如图2所示，全球AI市场的持续扩容，直接推动 AI 服务器需求迎来快速增长。IDC 数据显示，2024 年，全球 AI 服务器市场规模达 1251 亿美元，2025 年攀升至 1587 亿美元，2028 年有望突破 2227 亿美元。其中，生成式 AI 服务器的市场占比将实现稳步提升，从 2025 年的 29.6% 提高至 2028 年的 37.7%。从中国市场来看，2024 年中国AI算力市场规模已达 190 亿美元，2025 年增至 259 亿美元，同比增幅达 36.2%，2028 年将进一步增至 552 亿美元。随着大模型的快速发展与生成式AI应用的规模化落地，AI服务器市场规模持续扩张，成为拉动光模块需求高速增长的核心因素。
▲图2. AI服务器市场预测
AI训练集群内部的 GPU 之间存在海量数据交互需求（即“东西向流量”），这对网络传输的带宽与延迟指标提出了极高要求。以 NVIDIA DGX H100 服务器集群为例，单个机柜为满足 4.8Tbps 的超高互联带宽需求，所需高速光模块数量超 500 个。而 AI 集群应用对以太网光收发器的强劲需求，叠加云服务厂商对密集波分复用（DWDM）网络的升级布局，成为全球光模块市场规模稳步提升的重要驱动。
光通信的应用发展与信息流量的爆发式增长深度绑定。伴随信息数据的爆炸式增长，市场对通信传输质量、信息处理效率的要求持续提升，光通信凭借技术优势成为满足这一需求的必然选择。在当前电光融合的网络架构中，光模块是实现光电信号转换的核心器件，如图3所示，其市场需求的核心驱动力正是数据流量的激增。而随着数据流量的核心增长场景从电信网络逐步向数据中心、再向 AI 集群转移，光模块行业在不同发展阶段的核心增长动力也随之发生相应变化。
图3. 光模块不同阶段增长动力
全球光器件与光模块整体市场规模已突破百亿美元，其中数通市场（涵盖以太网、FC 及 AOCs 等领域）的占比已达到 50%。在移动互联网、云计算技术的持续迭代与 AI 产业快速发展的多重推动下，数通市场已成为光器件与光模块产业最核心的下游应用场景。
依托AI产业的高速发展，高速率光模块达成1000万支出货量的周期大幅缩短。如图4所示， 800G 光模块于 2023 年正式落地应用，2024 年实现规模化起量，出货量约 750 万只，2025 年市场需求量突破 1000 万支；参照 800G 光模块的商用部署节奏，1.6T 光模块2025 年开启量产，2026年出货量有望突破1000万支关口。
图4. 光模块出货量
3光模块产业链分析
如图5所示，光模块产业链的上游环节涵盖光电芯片、光器件等核心品类，其中光芯片作为光器件制造的基础元器件，是光模块生产所需关键原材料的核心供应端。光器件可根据是否实现光电转换，划分为有源器件与无源器件两大类别。
图5.光模块产业链
产业链中游为光模块的制造环节，该环节将光器件、电芯片、印制电路板、结构件等各类组件封装整合，制成可在光通信系统中承担光电信号转换核心功能的光模块产品。产业链下游的直接需求方为光通信设备厂商与服务器厂商，最终客户则为通信运营商、云计算厂商及企业网客户。
如图6所示，从光模块的成本构成来看，光器件是最核心的成本项，占比高达 73%，PCB 的成本占比则约为 5%。而在光器件的成本结构中，成本占比分布高度集中于核心光电组件：以激光器为核心的光发射组件TOSA占比 48%，以探测器为核心的光接收组件ROSA占比 32%；其中，TOSA进一步折算后，占光模块整体成本的 35%。
▲图6. 光模块构成与成本结构
1、光芯片及电芯片
（1）光芯片
如图7所示，光芯片经加工封装后形成光发射组件TOSA与光接收组件ROSA，后续再与电芯片、结构件等核心部件整合加工，最终制成光模块。光芯片按功能可分为激光器芯片和探测器芯片两大品类，其中，激光器芯片依据出光结构，又可细分为面发射芯片与边发射芯片：面发射芯片以 VCSEL 芯片为代表，边发射芯片则包含 FP、DFB、EML 芯片；探测器芯片的主流类型主要为 PIN 和 APD 两类。在衬底材料的选择上，光芯片企业普遍采用磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）这类三五族化合物，这类材料具备高频特性突出、高低温适应性强、噪声低、抗辐射能力优异等优势，与高频通信的技术要求高度契合，因此成为光通信芯片领域的核心应用材料。
图7. TOSA与ROSA结构意图
（2）电芯片电芯片是光模块的核心元器件，在光模块整体成本中，价值占比约为 18%。光模块的信号传输流程，需经各类核心部件依次完成处理与调制，具体顺序为：光接收组件（ROSA，内置探测器）→放大器（TIA/LA）→信号恢复电芯片（CDR/DSP）→驱动芯片（Driver）→光发射组件（TOSA，内置激光器）。其中 TIA、Driver、CDR/DSP 均归属于电芯片范畴，是信号传输过程中电信号处理与传输的关键载体。
2、光器件
如图8所示，光器件可分为无源器件和有源器件两大品类：无源器件会在系统中消耗少量能量，主要承担光信号的传导、分流、阻挡、过滤等类似“交通调控”的功能，核心产品包含隔离器、分路器、光开关、光纤连接器、光背板等；有源器件则是系统中实现光电信号双向转换的关键，核心作用是保障信号的有效传输，主要产品涵盖发射组件、接收组件、调制器等。
图8. 光器件分类
（1）有源器件：激光器、调制器、光探测器① 激光器
激光器是光模块的核心器件，半导体激光器（LD）根据发射光的位置，可分为边发射激光器（EEL）和面发射激光器（SEL）两大类型。如图9所示，EEL 的主流品类包含 FP、DFB、EML 激光器，SEL 则以 VCSEL 激光器为核心代表。在波长应用上，FP、DFB、EML 激光器的波长以 C 波段（典型波长 1550nm）和 O 波段（典型波长 1310nm）为主，其中 DFB 与 EML 激光器的单模传输性能更优，对应的研发设计与生产工艺门槛也更高；而 VCSEL 激光器主要适配短距离传输类光模块，如 AOC、SR 等品类，其波长集中在 850nm 波段，属于多模激光器范畴。
图9. 光通信激光器分类
② 调制器
电光调制器是光通信系统里专用于光信号调制的关键设备，对光信号的传输至关重要。其核心工作原理，是通过外部电场改变光的折射率或相位，以此实现对光信号的调制。当前，数据中心、云计算、AI等领域的飞速发展，使通信系统对传输速率和容量的要求持续攀升。虽然在短距离通信场景中，独立的电光调制器可由其他调节方式替代，但在中长距离光通信，尤其是相干通信场景下，电光调制器是无可替代的核心器件。图10展示了调制器的工作流程。
图10. 光信号调制处理流程示意图
光通信领域的电光调制器技术主要依托硅、磷化铟、铌酸锂三种基底材料发展而来，如图11所示，不同基底材料的性能特点与应用优势各有侧重，适配不同通信距离的应用场景。
图11. 四种调制器方案
③光探测器
光探测器（PD）负责将入射光转为电流信号，直接决定接收灵敏度，常用类型为PIN和APD光电二极管。PIN线性响应快但无增益，多用于短距高速模块，其PIN-PD阵列带宽50~100GHz，可匹配PAM4速率；APD在PIN基础上增设高电场增益区，通过雪崩倍增提升灵敏度，带宽更高、低光检测能力强，适用于远距离或低信号功率场景。
（2）无源器件：连接器、分路器、波分复用器、隔离器
①连接器光纤连接器的作用，是将两根光纤的端面做高精度的对准与对接，让发射端光纤输出的光功率，能以最大效率耦合至接收端光纤中，同时尽可能降低因连接环节产生的传输损耗与光反射。其工作原理依托光在光纤内的全反射传输特性，核心要求是两根光纤的纤芯实现精准对正、紧密贴合，以此防止光信号泄漏，或是产生较大的反射干扰。
哪怕是极其细微的纤芯错位，都会造成光能量的泄漏或反射，进而引发插入损耗增大、回波损耗降低的问题。正因如此，光纤连接器成为高速光通信网络中精度要求极高的核心组件，其性能直接决定了光纤连接的整体效果。常规的光纤连接器主要由套圈（插芯）、连接器本体，以及耦合与固定器件构成，其中套圈作为连接器的关键核心，一般是以高精度氧化锆陶瓷制成圆柱插针，专门用于对光纤端面进行精准固定，同时起到防护作用。
②分路器
分路器的核心功能是把单路输入的光功率按设定比例分配至多路输出，同时也可实现反向的合束功能，将多路输入光汇聚为单路输出。实际应用中以 1×N、2×N 型光分路器为主，这类器件能将单根或双根输入光纤传输的光信号，以均分或非均分的方式分成N路输出。
该器件基于光功率耦合分束的原理实现功能，依据具体的制作与实现方式，主要可分为熔融拉锥式和平面波导式（PLC）两大类型。
③波分复用器
波分复用器是实现不同波长光信号合路、分路的光器件，可将多种波长的光信号整合至单根光纤中传输，也能将光纤中传输的多波长混合光信号还原分离为单一波长信号。以密集波分复用（DWDM）技术的应用为例，多个波长间隔为固定频率（如 100GHz、50GHz）的激光信号，经复用器汇聚后通过单根光纤发送，传输至远端后，再由解复用器将混合光信号分离为原本的各波长信号，以此实现单根光纤同时传输多波长光信号的效果。目前 WDM 复用 / 解复用器件的实现形式丰富，主流类型包含薄膜滤波器（TFF）型、阵列波导光栅（AWG）型、光纤光栅 + 环形器型等。
④隔离器
隔离器是一种无源光器件，它只允许光信号沿一个方向通过，同时有效阻断反向传输的光。其主要功能是在光路中以非互易的方式隔离反射光，避免后向传输光（如反射光）干扰激光器及其他光学元件，从而提高系统的稳定性和可靠性。
隔离器是高速率光模块必需组件。目前，海外巨头所需光模块正逐步向1.6T放量切换，且硅光占比逐步提升，而硅光模块仍必须使用隔离器。在1.6T光模块中隔离器的应用方面，单位价值量会随不同方案发生变动，一般来说如果光通道数量增加，使用的隔离器数量也会相应增加。伴随未来更大型的计算集群建设，光模块高速率、高带宽、多通道等发展趋势将持续带动光隔离器需求起量。
从工作原理来看，隔离器主要基于光的偏振特性和法拉第磁光效应。典型结构包括两个偏振片和一个放置在永磁场中的法拉第旋光片。正向传输时，光首先通过输入偏振片（起偏器）成为线偏振光，随后经过法拉第旋光介质，其偏振方向在外磁场作用下向右旋转45度，从而与输出偏振片（检偏器）的通光轴对齐，实现低损耗通过。而反向传输时，从输出端入射的光经检偏器后再次通过法拉第介质，同样右旋45度，导致其偏振方向与输入端起偏器正交，从而实现反向光的完全阻断。
隔离器作为光通信中关键的无源器件，其核心工作原理依赖于偏振片与法拉第片的组合。当前产业链上游在这两类核心元器件的制造，尤其是高端法拉第磁光材料方面，存在显著的技术依赖与供应缺口，已成为制约相关产业发展的瓶颈。
4光模块的技术演进方向
光模块速率从400G基础上逐步向800G、1.6T乃至3.2T升级，迭代进程面临多重挑战：不仅需要完成速率的阶梯式提升，更需针对性解决速率提升带来的功耗偏高、成本高企等核心问题。在此背景下，线性驱动可插拔光模块（LPO）、共封装光学（CPO）、硅光等技术方案凭借适配性优势脱颖而出，成为光模块技术未来发展的核心方向。
LPO 技术以线性驱动架构替代传统光模块中的 DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片，可实现功耗与成本的双重优化。现阶段该技术的应用场景更聚焦于短距传输，如数据中心内机柜与交换机间的互连等。目前产业链各环节均高度关注 LPO 技术的研发与落地，从上游芯片厂商、中游交换机制造商到下游终端用户均积极参与布局，如国际端 Arista、博通、思科、Credo、马科姆、英伟达等企业，以及国内的新易盛、中际旭创、剑桥科技、海信宽带等厂商。从技术演进逻辑来看，LPO 也被视作向 CPO 技术过渡的重要方案。
（）功耗显著下降：信号传输的电路路径大幅缩短，有效减少电信号损耗；同时简化后的串并转换接口（SerDes）省去时钟数据恢复（CDR）、判决反馈均衡（DFE）、前馈均衡（FFE）及连续时间线性均衡（CTLE）等模块，整体功耗可实现 30% 以上的节省；
（）成本有效降低：一体化封装工艺本身具备成本优势，高集成度光引擎进一步摊薄单位成本，同时省去部分电学芯片的采购与使用成本，综合成本降幅可达 25% 以上；
（）尺寸大幅小型化：依托硅光技术与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，CPO 相比光电引擎各自独立封装的模式，实现了尺寸的显著缩小，同时还能达成更高密度的输入输出（I/O）集成，提升空间利用率。
3、硅光模块
硅光子技术以硅及硅基材料（Si、SiO2、SiGe 等）为衬底，依托与集成电路工艺相兼容的 CMOS 制程，制备可实现光的激发、调制、响应等功能的光子器件与光电器件，下游可广泛应用于设备互连、光计算等多个领域。硅基材料本身具备 CMOS 工艺兼容、低成本、低功耗等天然优势，叠加 AI 产业的高速发展，硅光子技术的应用边界从传统通信领域逐步拓展至算力基础设施及各类下游应用场景，包括板间芯片光互连、芯片内 Chiplet 光互连、光计算、激光雷达等方向。目前，海外头部厂商已纷纷完成硅光子技术的布局与研发布局，行业有望在 AI 浪潮的推动下实现快速发展。
5 AI 算力催生市场爆发，中国光模块产业链迎发展新机
每一次光模块技术的升级，都会带来技术路线的改变，进而重塑市场竞争格局。近年来，全球光模块企业加快了并购重组的步伐，通过产业链垂直整合不断提升自身的竞争力，行业集中度也随之进一步提高。
生成式AI的爆发式发展，正驱动算力需求指数级增长，成为光模块市场最核心的增长引擎，不仅推动800G光模块需求持续放量，更开启1.6T光模块商业化元年。未来，3.2T等更高速率产品的研发与落地也将提速，全球光模块市场规模将迎来跨越式增长，2027年预计突破 535.79亿美元。
在此背景下，中国光模块产业链凭借日益完善的产业布局、快速的技术迭代能力与全球化的产能布局，迎来了前所未有的发展机遇：国内头部企业在800G/1.6T高速光模块领域已占据全球核心市场份额，LPO、CPO、硅光等前沿技术研发持续突破，光芯片等核心器件国产化率稳步提升。同时，依托“东数西算”等国内算力基建需求，叠加海外云厂商的持续采购，中国厂商将进一步巩固全球竞争优势，在光通信产业中占据核心地位，未来更有望在高端技术路线与新兴应用场景中实现更大突破。
