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薄膜鈮酸鋰調制器：從實驗室明星器件到高速光互連產業化
摘要：薄膜鈮酸鋰調制器正在從科研突破走向高速光互連和相干通信的產業化導入。其優勢不只在單點帶寬，而在高帶寬、低電壓、低損耗、高線性度和平臺化集成之間形成平衡。未來競爭的核心，將從論文指標轉向晶圓良率、封裝成本、客戶認證和系統級協同。
截至 2026 年，薄膜鈮酸鋰調制器已經從“實驗室高性能器件”進入“高速光模塊和相干通信的產業化導入期”。它的核心價值在于同時兼顧高帶寬、低驅動電壓、低插損、高線性度和較小尺寸，因而正在被用于 800G、1.6T 乃至 3.2T 光互連方案，并向相干通信、AI 數據中心互聯、CPO、微波光子、FMCW 激光雷達和量子光子等方向擴展。
在高速光通信系統中，調制器決定電信號到光信號轉換的效率、帶寬和功耗。傳統體鈮酸鋰調制器長期服務于骨干光通信，可靠、低損耗、線性度好，但體積大、驅動電壓高、集成度低；硅光和 InP 更適合集成，卻在損耗、功耗、線性度或帶寬方面各有邊界。薄膜鈮酸鋰正是在這一產業矛盾中獲得重新評價：它保留了鈮酸鋰材料優異的電光效應，又通過薄膜化和納米波導顯著提升集成能力。
薄膜鈮酸鋰通?；?LNOI 或 TFLN 晶圓，通過納米級波導、行波電極和先進封裝實現高速調制。2018 年前后是這一技術走向主流視野的重要轉折點。哈佛、貝爾實驗室等團隊在 Nature 報道片上薄膜鈮酸鋰調制器，實現 CMOS 兼容驅動電壓、最高 210 Gbit/s 數據率和低于 0.5 dB 的片上損耗，證明薄膜化能夠釋放鈮酸鋰材料潛力。
2020 年以后，研究重點從“能否做出高速器件”轉向“能否形成相干 IQ、雙偏振 IQ、多波段、低功耗和可量產平臺”。中山大學等團隊展示的薄膜鈮酸鋰 IQ 調制器支持 320 Gbit/s 傳輸，后續 DP-IQ 調制器進一步把帶寬、半波電壓和單載波傳輸速率推向更高水平。這一階段說明薄膜鈮酸鋰不只是單個 MZM 器件，而是可以進入相干通信調制器體系。
2024 至 2026 年，產業和學術界的關注點進一步轉向晶圓級制造、封裝、良率和模塊集成。公開論文顯示，4 英寸石英襯底薄膜鈮酸鋰平臺已經實現傳播損耗低于 0.4 dB/cm、調制器帶寬超過 110 GHz、Vπ 低于 3 V、調制器良率約 50%，并提出可向 6 英寸和 8 英寸晶圓擴展。2026 年 Nature Communications 報道的超寬光譜 TFLN 調制器覆蓋 O-U 波段并延伸到 2 μm，進一步說明這一平臺不僅適合 C 波段通信，也具備多波段通信和中紅外應用潛力。
國外發展最明顯的變化，是薄膜鈮酸鋰正在從專用器件線走向 foundry 化、chiplet 化和客戶驗證。美國 HyperLight 是商業化進展較快的代表，其公開產品覆蓋 IMDD 用 Tx PIC、雙偏振 IQ 發射 PIC、生產級 110 GHz 強度調制器以及最高約 145 GHz 帶寬的封裝調制器，應用場景包括 AI 數據中心、DCI、長距通信、測試測量、RoF、衛星鏈路和傳感。
更值得注意的是制造體系的變化。HyperLight、UMC 和 Wavetek 在 2026 年宣布戰略制造合作，面向 HyperLight 的 TFLN Chiplet 平臺推進 6 英寸和 8 英寸晶圓高規模代工。這表明海外正在嘗試把薄膜鈮酸鋰從“實驗室或專用工藝線”推向更接近半導體代工體系的規?；窂?。隨后 HyperLight 繼續融資用于擴產、客戶認證和平臺規?；?，也說明產業化競爭已經從單點性能進入產能、認證和生態階段。
日本方向則更強調高速器件與封裝形態的結合。Fujitsu Optical Components 和 Furukawa FITEL Optical Components 公開資料顯示，其 TF-LN 器件支持 128 Gbaud，并已建立可直接貼裝到 PCB 的板上光學量產技術，目標是 800G 及以上光收發器的低成本、低功耗和小型化，未來可向 1.6T 擴展。歐洲和國際科研機構則更多圍繞工藝平臺、代工能力、異質集成以及 TFLN 與硅光、氮化硅、石英襯底等平臺結合展開。
國內薄膜鈮酸鋰產業已經形成“高校和科研機構突破、上游材料國產化、器件企業量產導入、初創公司布局 TFLN PIC”的格局?？蒲卸耍猩酱髮W、華中科技大學、復旦大學、中科院相關團隊在 DP-IQ、超寬光譜、多波段高速調制和異質集成方面均有國際前沿成果，說明國內在基礎研究和器件指標上并不弱。
上游材料方面，濟南晶正電子等企業已經提供不同厚度規格的鈮酸鋰單晶薄膜、鉭酸鋰單晶薄膜以及相關代工服務，國內在 LNOI 和 TFLN 材料端并非完全空白，這是國產化推進的重要基礎。材料端的一致性、缺陷控制和晶圓尺寸擴展能力，將直接影響下游器件良率和成本。
器件端，光庫科技旗下 Advanced Fiber Resources 是國內公開產業化進展較明確的代表。2025 年，AFR 宣布 AM70 超高速 TFLN 調制器進入規模量產并向全球客戶批量交付，該產品為 70 GHz 單 MZM 結構，面向 RoF、工業傳感和儀器等場景。AFR 后續展示的 96/130 GBaud TFLN 相干驅動調制器、400 Gbps/lane PAM-4 TFLN 芯片，則把目標推進到 1.6T DR4/FR4 和 3.2T DR8/FR8 等高速光模塊方向。
此外，鈮奧光電、安湃光電、六芯光電等企業也在布局 TFLN 調制器芯片、光引擎和高速光互連方案。需要區分的是，公開資料中有些企業已經實現批量交付，有些仍處于展示、送樣、融資或產線建設階段。判斷產業進展時，不能只看指標發布，更要看是否通過頭部客戶驗證、是否進入模塊供應鏈、是否具備穩定良率和可復制的封裝能力。
薄膜鈮酸鋰并不會完全替代硅光或 InP。硅光在大規模集成、成熟工藝和成本方面有優勢，InP 在有源器件和激光器集成方面有獨特地位，而薄膜鈮酸鋰的核心競爭力集中在高速調制環節。它更像是在下一代高速光互連中補齊“高帶寬、低電壓、低損耗、高線性”這幾個關鍵指標。
短距數據中心側，800G、1.6T、3.2T 光模塊正在推動 200G/lane、400G/lane 級別的調制需求，功耗和帶寬成為關鍵約束；相干通信側，IQ 和 DP-IQ 調制器需要低插損、高線性度和高波特率；測試測量、微波光子、雷達和量子光子則更看重寬帶、低損耗、低啁啾和多波段能力。因此，薄膜鈮酸鋰最有價值的場景，通常不是低速、極致低成本應用，而是對性能邊界要求高的高速和高線性場景。
從科研指標看，國內并不落后，部分方向甚至具備國際領先成果。真正的差距主要在工程化和生態化。海外 HyperLight 與 UMC、Wavetek 的 6/8 英寸代工合作，以及日本 FOC 的上板封裝量產技術，都指向一個關鍵問題：誰能把高性能器件穩定變成可規模制造、可封裝、可認證、可進入模塊的產品。
國內產業化正在追趕，已經出現 AM70 等批量出貨案例，也有相干驅動調制器和 400G/lane 芯片展示。但大規模滲透仍要通過幾道關：晶圓級良率和一致性、低成本封裝與耦合、與 CMOS 驅動和硅光平臺的協同、長期可靠性認證、自動化測試能力，以及頭部光模塊和云廠商客戶驗證。
因此，未來競爭的核心不再只是“誰的帶寬最高”，而是“誰能把高帶寬、低電壓、低插損、高良率、低成本封裝和客戶認證同時做到位”。這也是薄膜鈮酸鋰從科研熱點走向產業主線必須跨過的門檻。
第一是高質量薄膜晶圓的一致性和缺陷控制。TFLN 器件性能高度依賴薄膜厚度、晶體質量、表面粗糙度和鍵合質量，晶圓尺寸擴大后，一致性和良率會成為成本核心。
第二是鈮酸鋰刻蝕和低損耗波導工藝。側壁粗糙度、刻蝕損傷、模式約束和傳播損耗直接影響器件插損和帶寬。部分異質集成路線通過圖形化 SiN 等方式減少直接刻蝕鈮酸鋰的難度，但也帶來新的耦合和工藝協同問題。
第三是高速行波電極設計。100 GHz 以上帶寬要求 RF 損耗、光電速度匹配、阻抗匹配和電極熱穩定性都達到較高水平。單點實驗數據并不等于量產器件能夠長期穩定保持同等性能。
第四是封裝和測試。高速調制器的光纖耦合、氣密或非氣密封裝、上板封裝、RF 互連、散熱、自動化測試和可靠性驗證，往往決定產品能否進入光模塊主鏈條。第五是系統協同。薄膜鈮酸鋰要在產業中放量，必須與 DSP、驅動芯片、硅光平臺、激光器、CPO/NPO 架構和模塊封裝協同優化。
第一條主線是 400G/lane IMDD 與 1.6T、3.2T 光模塊。隨著 AI 數據中心對帶寬密度和能效要求提高，高速低功耗調制器的價值會提升。薄膜鈮酸鋰如果能在成本和封裝上達到模塊廠要求，有望在高端光互連中獲得更大份額。
第二條主線是 130 GBaud 以上相干通信和 coherent-lite。相干通信需要高線性、低插損和高波特率，薄膜鈮酸鋰具有天然優勢。未來城域網、DCI 和長距通信升級，將持續拉動高性能 IQ/DP-IQ 調制器需求。
第三條主線是 CPO/NPO、微波光子、FMCW 激光雷達和量子/寬光譜光子芯片。薄膜鈮酸鋰的寬帶、低損耗和強電光效應，使其有機會從通信擴展到更廣泛的光電子平臺應用。只是這些新場景的商業化節奏不同，短期不能簡單等同于光模塊放量。
薄膜鈮酸鋰調制器的產業邏輯已經比較清晰：它不是概念型材料，而是在高速調制環節具備明確性能優勢的平臺技術。隨著 800G、1.6T 和 3.2T 光互連推進，以及相干通信、CPO、微波光子和量子光子需求擴展，TFLN 的產業化窗口已經打開。
國外企業領先之處在于工程化、代工體系、封裝生態和客戶認證；國內企業優勢在于科研活躍、材料端具備基礎、下游光模塊和數據中心需求集中，并且已經出現批量出貨案例。未來三到五年，國內外競爭的勝負不會由單篇論文或單個樣品決定，而會由晶圓良率、封裝成本、客戶認證、模塊集成和長期可靠性共同決定。
對產業觀察者而言，最值得跟蹤的不是“是否宣布 100 GHz 以上帶寬”，而是產品是否進入真實客戶、是否能穩定交付、是否能在 6/8 英寸晶圓上復制良率，以及是否能與驅動芯片、硅光和光模塊生態形成系統級協同。誰先完成這一步，誰就更接近薄膜鈮酸鋰調制器的大規模市場。
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