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近日,日本Granopt公司法拉第旋转片彻底断供的消息在资本市场迅速发酵。经多方核实,因中国稀土出口管制(铽、钆等重稀土)而导致法拉第旋转片大幅减产,使行业供应收紧。伴随原材料库存持续消耗,5月以来可供外售的产成品已基本清空,新增订单无力承接。
光隔离器作为保护激光器的关键组件,因上游核心材料法拉第旋光片的全球性短缺,已成为制约产能的“卡脖子”环节。且速光模块需求爆发,单模块隔离器用量随通道数增加,导致供需严重错配,得隔离器成为产业链中持续紧缺、具备价格弹性的关键元件。
一、隔离器:高速光模块的必备组件
光通信器件按照在信息流中的不同作用可以分为五大类,包括光信号的产生、调制、传输、处理以及探测。光收发模块在信息流中对应着光信号的产生、调制和探测;光分路器和光放大器对应着信号处理。光通信器件按照物理形态的不同分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统四类。
光隔离器是光通信系统中的关键无源器件,其核心作用为只允许光沿正向传输、阻断反向回波,类似于一个“光学单向阀门”。它允许光信号正向低损耗传输,同时对反向传输光产生强烈衰减,在光路中非互易地隔离反射光,防止光路中的后向传输光(如反射光)对光源(激光器)及光路系统产生不良影响。
光隔离器的工作原理基于光的偏振特性与法拉第磁光效应,其基本结构通常由两个偏振片和一个置于永磁场中的法拉第旋光片构成。在外部磁场作用下,通过其核心部件法拉第旋光片的线偏振光,其偏振方向发生非互易性的固定角度旋转(通常为45°),其中反向光偏振方向与起偏器垂直而被阻断,形成隔离效果。
在高速光模块体系中,隔离器数量与激光器光源数量强相关。无论是传统的EML方案,还是硅光模块中使用的CW光源,隔离器都承担着防止反射光回灌至激光器的关键作用。通常来说,800G DR8光模块通常需要约8个隔离器;硅光模块的CW光源也是对隔离器可靠性提出更高要求。因此,当行业从400G、800G加速向1.6T过渡,隔离器的用量几乎同步成倍增长。
随着800G、1.6T模块快速放量,隔离器需求在短时间内急剧上升,而其全球供应长期被日本、美国等少数头部厂商掌控,扩产节奏与光模块需求之间形成明显错配。这使隔离器具备了与EML光芯片、CW光源相同的结构性特征:需求强、产能集中、供应偏紧。在这一周期下,隔离器有望成为继EML、CW光源之后光模块行业又一个持续紧缺且具备明显价格弹性的关键元件,其ASP和盈利能力都存在顺周期上行的可能,产业链地位也将迎来新一轮重估。
二、“卡脖子”环节:上游法拉第旋光片
光隔离器的技术壁垒和价值核心高度集中于其上游——法拉第旋光片。该部件的生产难度极大,涉及特殊的晶体生长与精密加工工艺,目前全球供应格局高度集中且紧张。
法拉第旋光片占光隔离器的成本可达50%,技术壁垒高。法拉第旋光片晶体生长主流商用工艺以日本和美国公司为代表的液相外延法(LPE),在晶圆衬底上通过液相外延生长(LPE)薄膜磁光晶体。法拉第介质材料需要高维尔德(Verdet)常数,且在工作的光谱区域(通常为近红外光谱区域)具有高透明度,其中Verdet常数为衡量材料在磁场中能多强地旋转光的偏振平面的指标,通常采用的磁光晶体材料包括 YIG(钇铁石榴石)、TGG(铽镓石榴石)、RIG(铋置换稀土类铁石榴石)单晶体等。GGG(钆镓石榴石)、SGGG(取代钆镓石榴石)均可作为磁光薄膜的衬底材料,其中SGGG在GGG基础上通过引入取代元素,提高透明度等特性。
法拉第旋光片产业已形成垄断格局,隔离器芯片法拉第旋光片主要由美国高意(Coherent)、日本GRANOPT(三菱与住友合资)两家公司垄断,全球市场份额超过90%。GGG衬底材料的主要供应商为法国圣戈班晶体(Saint-Gobain rystals)等。中国企业的研究起步较晚,正奋力突破壁垒。
偏振片功能是起偏和检偏,只允许特定振动方向(即偏振方向)的光通过,而吸收或反射其他方向的光分量。偏振片的核心原材料由“五膜一胶”组成:“五膜”分别是保护膜、表面处理膜、PVA(聚乙烯醇)膜、补偿膜(PVA保护膜)和离型膜,“一胶”是指PSA压敏胶,实现偏振功能的为PVA膜,其加工涉及光学级聚乙烯醇树脂原料合成与PVA-碘系偏光膜的加工过程,后者包含流延成膜、碘染、硼酸交联和拉伸等多个加工步骤。
2024年中国偏振片产能约占全球的73%,但长期以来偏光片上游的核心原材料一直掌握在日韩等地,五膜一胶材料的国产化率都低于10%,产业链供应链安全稳定正面临诸多挑战。一些中国企业正以海外并购等创新模式,力求实现产业链上下游的打通。
三、核心标的
东田微:光隔离器、WDM滤光片已实现批量出货,南昌基地扩产推进,存货增24.52%显示订单充足;旋片外采但正推进自产中低端片,低端旋片年产能约800万片,覆盖国内80%以上头部光模块厂。
福晶科技:国内唯一实现TGG/TSAG晶体自产及旋片全流程量产的上市公司,TSAG磁光优值比TGG高20%-30%,端11×11mm方片月产能约3000片(2026年扩至1万片),良率>70%,已通过Lumentum、Coherent及中际旭创等认证。
泰晶科技:312.5MHz/625MHz超低抖动差分晶振已批量供货1.6T/3.2T光模块,全球仅少数厂商具备量产能力。
光电股份:子公司布局光模块领域偏振片业务,自研光通信核心材料GP已批量供给光隔离器用户。
长飞光纤:依托光纤龙头资源,打通“晶体→隔离器→模块”链条,自产小尺寸旋片供内部及外销;尺寸旋片月产能约10万片(可切400个隔离器/片)。
腾景科技:具备TGG磁光晶体的自研与量产能力,是国内少数能自产该材料的企业。
衡东光:国内唯一深入绑定Coherent的隔离器代工商;针对1.6T光模块的硅光无源内连光器件已原型开发,并配套CPO方案推出高密度光纤阵列产品。
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来源:策金说
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