硅透镜:AI算力驱动下的光学新赛道

2026-05-12 17:13:4532
据网传纪要(未证实):800G-1.6T用非球面和硅透镜、3.2T大面积使用硅透镜,硅透镜1-2美元/颗,价值量翻几倍;硅透镜当前的供需缺口已明确超过40%;预计2027年市场空间在120亿元以上。摘要

硅透镜(Silicon Lens)作为晶圆级微纳光学的核心元器件,正从传统光通信领域加速切入 CPO(共封装光学)这一 AI 算力基础设施的关键赛道。2026 年被视为 CPO 规模化商用元年,台积电 COUPE 硅光整合平台预计年内量产,英伟达已将 CPO 交换机更新至 200G 平台。硅透镜凭借光刻-反应离子蚀刻法(Lithography-RIE)实现晶圆级大批量制造,在光模块透镜阵列、光纤耦合准直、CPO 光引擎集成等场景具备不可替代的光学性能。

产业链核心标的包括:炬光科技(收购瑞士 SUSS MicroOptics,光刻-RIE 技术鼻祖)、腾景科技(硅透镜+微透镜阵列已量产,800G/1.6T 光引擎送样验证)、蓝特光学(募投布局晶圆级微透镜阵列)、联创电子(光模块阵列硅透镜 A 样打样中)、水晶光电(CPO 共封装-硅透镜研发项目中)、宇瞳光学(光模块透镜新供应商,成本优势显著)等。

一、硅透镜技术概述1.1 什么是硅透镜

硅透镜是以单晶硅为基底材料,通过半导体微纳加工工艺制造的微型光学透镜。其核心特征是:

晶圆级制造:在 6 英寸/8 英寸硅晶圆上一次性加工成百上千个透镜单元,具备规模经济效应
微米至纳米级精度:透镜单元尺寸覆盖几微米至数百微米(通常 10μm~300μm),形状可为圆形、四边形、六边形及定制形态
高一致性与高集成度:同一片晶圆上的透镜具有极高的一致性,可直接与光电芯片集成
1.2 核心制造工艺:光刻-反应离子蚀刻法(Lithography-RIE)

硅透镜的核心制造流程与半导体 IC 制程高度同源:

关键工艺环节


光刻-RIE 法相较于传统单点金刚石车削(SPDT)和模压法,在大批量生产时具备显著的成本优势一致性优势,是晶圆级硅透镜量产的唯一可行路径。

1.3 硅透镜 vs 其他材料透镜


二、硅透镜在 CPO 中的核心作用

2.1 CPO 技术架构与硅透镜的定位

CPO(Co-Packaged Optics,共封装光学)是将光引擎(Optical Engine)与交换 ASIC 芯片高密度集成封装的技术方案。其核心价值在于:

体积缩小 40%:光引擎与 ASIC 芯片共封装
功耗降低 50%:缩短电互连距离,省去 DSP 和中继器件
传输延迟减半:光电转换在芯片级完成

硅透镜在 CPO 光引擎中的核心功能

光束准直:将硅光芯片输出的发散光束准直为平行光
光纤耦合:将准直光束高效耦合至光纤阵列(FAU),耦合效率>95%
透镜阵列集成:在硅基底上直接集成微透镜阵列(MLA),实现多通道并行光互连

在 CPO 模组中,光子集成电路(PIC)与电子集成电路(EIC)通过 wafer bonding 技术"焊接"成整体,中间夹着硅基底,其上集成硅透镜阵列——这是光电信号高效互连的光学桥梁。

2.2 CPO 产业化进展(2026 年关键节点)


三、硅透镜产业链全景

3.1 产业链结构3.2 上游:材料与设备
硅晶圆:6 英寸/8 英寸硅片,与半导体 IC 制造共用供应链
光刻设备:i-line / DUV 光刻机,瑞士 SUSS MicroOptics 拥有专用微纳光刻设备
刻蚀设备:反应离子刻蚀(RIE)设备,Bosch 工艺为代表
镀膜设备:增透膜(AR)镀膜,C 波段反射率需压至 0.5% 以下
四、重点企业分析4.1 炬光科技 — 技术壁垒最深

核心逻辑:收购瑞士 SUSS MicroOptics SA(全球光刻-RIE 微纳光学鼻祖),掌握硅透镜最核心制造工艺。


炬光科技在光通讯与数据通信领域,采用光刻-反应离子蚀刻法实现硅材质、熔融石英材质微纳光学元器件的大批量生产制造,产品广泛应用于通信光模块、硅光模块、光子集成电路(PIC)及 CPO 器件。

4.2 腾景科技 — 产品线最完整

核心逻辑:微纳光学元件产品线覆盖硅透镜、微透镜、微透镜阵列、切趾器、匀光片等,800G/1.6T 光引擎已送样验证。


4.3 蓝特光学 — 募投驱动成长

核心逻辑:募投项目深入推进晶圆级微透镜阵列布局,持续丰富玻璃透镜和硅透镜产品矩阵。


4.4 联创电子 — 光模块硅透镜新锐

核心逻辑:光模块阵列硅透镜项目处于 A 样打样阶段,具备光模块所需玻璃镜片、硅透镜的技术储备。


4.5 水晶光电 — 薄膜光学龙头切入 CPO

核心逻辑:CPO 共封装-硅透镜研发项目处于开发中,国内精密光学薄膜龙头,AR-HUD 市占率国内居前。


4.6 宇瞳光学 — 成本优势显著

核心逻辑:据网传纪要(未证实),公司是光模块透镜新供应商,拥有 600 台精雕设备(还将增至 150 台),成本比行业低 30% 以上。


注意:宇瞳光学光模块透镜业务信息来自网传调研纪要,未经公司官方确认,投资需谨慎验证。

4.7 弘景光电 — 一体化非球面透镜已量产


4.8 仕佳光子 — 硅透镜产品覆盖光模块


4.9 有研新材 — 超大尺寸硅透镜技术突破


五、硅透镜下游应用场景5.1 光通信(核心市场)


5.2 AR/VR 显示

硅透镜在 AR/VR 领域主要应用于:

波导耦合:硅基微透镜阵列用于光波导的输入/输出耦合
微型投影:硅透镜阵列用于微显示系统的光束整形
眼动追踪:红外硅透镜用于眼动传感器的光学聚焦
5.3 激光雷达(LiDAR)
光束扫描:硅透镜阵列用于固态 LiDAR 的光束控制
接收光学:硅透镜用于回波信号的聚焦与探测
5.4 其他应用

3D 传感:结构光/ToF 系统中的光源准直与接收
光纤传感:光纤阵列的准直与耦合
医疗光学:内窥镜、OCT 系统中的微型透镜
六、市场规模与竞争格局6.1 全球微透镜/硅透镜市场

根据公开资料推算:

全球非球面光学透镜市场:预计 2031 年规模将达
149.2 亿美元(QYResearch 数据)
硅透镜细分市场:受益于 CPO/AI 算力/光通信驱动,预计 2026-2030 年 CAGR 超过
25%
CPO 相关光学器件:2026 年进入规模化商用元年,光学元件价值占 CPO 模块的
30%-40%

6.2 竞争格局


七、投资逻辑与风险提示

7.1 核心投资逻辑
AI 算力爆发驱动 CPO 渗透:大模型训练和智算中心建设引爆 CPO 需求,硅透镜作为 CPO 光引擎核心光学元件直接受益
台积电 COUPE 量产催化:2026 年硅光整合平台量产,CPO 从 0 到 1 落地的关键里程碑
国产替代加速炬光科技收购 SUSS MO 后,国内首次掌握光刻-RIE 晶圆级微纳光学核心技术
光学元件价值量提升:CPO 模块中光学元件占比 30%-40%,显著高于传统光模块
7.2 投资建议


7.3 风险提示

技术路线风险:CPO 与 NPO(近封装光学)路线竞争,NPO 技术成熟度更高,若 CPO 渗透不及预期将影响硅透镜需求
产业化进度风险:CPO 量产时间表可能因良率、封装工艺等问题延后
竞争加剧风险:国内外光学企业加速布局,硅透镜价格可能承压
海外并购风险炬光科技收购瑞士 SUSS MO 存在政策、法律、整合等不确定性
信息验证风险:部分企业硅透镜业务信息来自互动平台或网传纪要,未经官方正式公告确认

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