光子技术与产业研究报告.docx

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1、光子技术与产业研究报告目录1概述1.l光子技术的定义1.2 光子产业的概况1.2.1 终端产品市场规模1.2.2 光子元器件市场规模1.2.3 光子元器件企业概况1.3 光子技术与产业是一片未来可期的掘金热土2光子技术的研究方向2.1 国家自然科学基金对光子技术研究方向的分类2.2 国内光子技术科研机构的研究方向2.2.1 中科院长春光机所2.2.2 中科院西安光机所2.2.3 中科院上海光机所2.2.4 中科院安徽光机所2.2.5 中科院光电所2.2.6 中科院上海技物所2.2.7 华中科技大学光学与电子信息学院2.2.8 清华大学信息电子工程系2.2.9 浙江大学光电科学与工程学院2.3

2、投资重点关注的研究方向2.3.1 欧洲光子学规划的研究方向2.3.2 美国DARPA的重点研发方向2.3.3 国家自然科学基金光学与光电子学申请与资助情况2.3.4 投资重点关注的研究方向及国内科研机构参与情况3光子产业的产业链3.1 上游：原材料3.1.1 产生光子的原材料3.1.2 传输光子的原材料3.1.3 操控光子的原材料3.1.4 探测光子的原材料3.1.5 原材料的市场规模和竞争格局3.2 中游：器件3.2.1 激光行业的器件3.2.2 1.ED行业的器件3.2.3 光学行业的器件3.2.4 光伏行业的器件3.2.5 显示行业的器件3.2.6 信息行业的器件3.3 下游：终端产品3

3、.3.1 消费电子3.3.3 医疗3.3.4 能源3.3.5 显示3.3.6 照明3.3.7 传感及测试测量3.3.8 光通信及信息处理3.3.9 先进制造3.3.10 半导体3.4 光子产业链全景图3.5 投资重点关注的细分赛道一、概述1.1 I光子技术的定义物理学中有两类基本粒子：费米子和玻色子，如图1所示，它们是我们这个世界存在的微观基础。费米子是构成物质的基本粒子的统称，包括电子、夸克、中微子等，受泡利不相容原理限制，同一量子态上不能有两个或以上的费米子；玻色子是传递作用力的粒子的统称,包括光子、胶子、W玻色子、Z玻色子、希格斯玻色子等，不受泡利不相容原理限制，同一量子态上可以有多个玻

4、色子。电有三2.2MVc22/3U1/2u上I-1.28GVAc2.2C1/2L粲-173.1GVc2t1/2I顶“胶子I*125.093/1:比希格斯玻色子4.7KteVIc2-96MeVc2M.18GVC,IS1V3IdS1/201/3I11/219下J奇底光子0.511MeVc10566MVc2卜1.776GeVcj1.19GcWc4色i2Ilf2规S电子J子IT子IZ玻色子、J2JeVc,、1,7MjVc,图5I十大光子驱动的应用领域的市场规模增长情况1.2.2 I光子元器件市场规模在光子产业中，光子元器件在产业链中是价值较低但又必不可少的，包括LED和激光芯片、探测器、图像传感器、透

5、镜、棱镜、滤光片、光纤等。如图6所示，2020年光子元器件的全球总营收为3000亿美元，占终端产品总营收的15%左右。其中日本的份额最高，光子元器件的营收达1055亿美元，占据了全球35%份额，中国处于第三，光子元器件的营收总计455亿美元。这主要是因为日本有日立、富士通、松下和NEC等龙头企业，以及滨松和日亚等有光子领域核心技术的企业。PhotonicsRevenuebyCountryFrance. 2.5BChina. / 45.5B Republic of Korea, 31.6BGermany, 15.5BJapan./ 105.5BUnited Kingdom, 3.2BAustri

6、a, 4.4BTaiwan. 13.3BItaly, 2.3BSwitzerland, 1.4BIsrael, 1.1BRest of World. 5.4BNetherlands. 5.4BUnited States,65.1B图6I全球各国家光子元器件制造行业营收分布虽然日本光子元器件处于领先地位，但其营收增长已趋于平缓,中国在过去十年中取得了显著的增长，2012到2020年器件的复合年增长率接近23%oGlobal Distribution of Photonics RevenueJapanChinaGermanyRepublic of KoreaUnitedStates(SUo=q c

7、o ca sucoloqd图7I全球各国家光子元器件制造行业营收发展趋势1.2.3 I光子元器件企业概况在光子元器件制造行业，大多数制造商都是中小型企业，事实上,根据SPIE的统计数据，大约71%的企业收入低于IOoO万美元，不同营收规模的企业数量如图8所示，而且随着新公司不断进入市场，中小型企业的比例也在逐年增长。Company Size Distribution Trend by Revenuess-UBdluouoJOqEnN图8I不同营收规模的企业数量尽管大多数公司都是中小型企业，但少数的大型企业创造了大部分收入。不同营收规模的企业数量和营收占比如图9所示，在2020年，仅仅2%的企业

8、（包括康宁、尼康和卡尔蔡司等知名企业）创造了几乎四分之三的总营收，小型公司创造的营收不到总营收的3%oManufacturersGroupedby2020Revenue3,449Companies112Companies2.5%ofthe77.5%ofthePhotonicsRevenuePhotonicsRevenue$1-1OMSlO-SOMS50-500M$5OOMS1BPhotonicsRevenue图9I不同营收规模的企业数量和营收占比光子元器件行业的中小企业虽然创造的营收较少，但它们在填补技术创新空白方面发挥着至关重要的作用，是创新的重要源泉。SPIE统计的光子元器件中小企业年龄如

9、图10所示，可以看出，每年持续会有相对稳定数量的新公司进入这个行业。HistoricTrendofSMEAgeGroupDistribution图10I标准模型中的基本粒子光子企业年龄分布1.3 I光子技术与产业是一片未来可期的掘金热土首先，从市场空间来看，光子产业是个庞大的产业。一方面有规模极大的细分市场，市场竞争会推动技术迭代，延续性技术创新的需求给初创企业留有了一定空间，例如，万亿规模的LED产业，从小间距LED到Mini-LED到Micro-LED,每一次迭代都会催生很多创新技术；另一方面小规模细分市场的数量很多，可以产生更多破坏性技术创新,并且小规模细分市场给初创企业留有了生存发展的

10、空间，例如，在把光子作为信息载体的场景中，从前端感知、信息的传输、计算、存储以及终端的显示分别有3D视觉、激光通信、光子芯片、5D激光存储和AR/VR等。其次，从技术空间来看，当前人类对作为玻色子的光子的认识和利用，远远比不上作为费米子的电子，因此其技术本身的突破或升级都会带动产业的发展。尤其是在ICT领域，与电子相比，光子作为信息的载体具有先天的优势，但当前光子器件在系统中的价值比重远不如电子器件。这是因为电晶体管能够随着先进制程发展而不断微缩,走出了一条极具经济效益的摩尔定律道路来，而光晶体管的微纳化却碍于波长限制，还未找到符合自己的摩尔定律道路。最后，从投资时点来看，当前阶段会有较多创新

11、的光子技术产生。一方面成熟市场竞争激烈，产品会持续有技术迭代的需求，例如光通信中需要800G光模块来增加数据中心的传输带宽、AR-HUD中需要光波导来大幅减小安装体积、激光雷达中需要全固态方案提高系统可靠性等；另一方面新兴市场也开始有外部需求的驱动，例如当下有着海量数据的万物互联时代，传统电子技术解决方案已经愈发吃力，半导体制程的物理极限和功耗发热，限定了单位面积电芯片上的计算密度，即限定了算力。而光子芯片超强的并行矩阵运算和超低功耗以及光通信的超高速度和超强并行性则可以完美承接Al技术发展的算力需求。因此，从市场空间、技术空间和投资时点来看，光子技术与产业是当前做硬科技风险投资的一片掘金热土

12、。二、光子技术的研究方向2.1 I国家自然科学基金对光子技术研究方向的分类为了涵盖比较全的光子技术研究方向，可以参考国家自然科学基金申请代码F05（光学和光电子学）的分类，总共16个大的细分领域，142个子研究方向。16个细分领域分别为：F0501光学信息获取、显示与处理；F0502光子与光电子器件；F0503传输与交换光子器件；F0504红外与太赫兹物理及技术；F0505非线性光学；F0506激光；F0507光谱信息学；F0508应用光学；F0509光学和光电子材料；F0510空间、大气、海洋与环境光学；F0511生物、医学光学与光子学；F0512能源与照明光子学；F0513微纳光子学；F0

13、514光子集成技术与器件；F0515量子光学；F0516交叉学科中的光学问题；16个细分领域中的子研究方向分别为:FO501光学信息就取，8it三光学信息处HfmWiw及筑T九金息楂不九.图像3SUJf光色千显示E.ft.fffErgt示三5MUKictrt凭华弟收底.、计W&相却中与!件电刊件低It元电S科与智忤九电电夕阳件起乜!件牝电动四Me仰H机亢电子休马出ES丽科与K自泰/超光牝千尾的色.杵及艮H怜史出!件5元IA*m与号林H般光子H科R怪光电子*，Ma科“出吮电子器件PO5O3伸与交息愣5-d啧fFmgH5r1W5tH三iii信却技幸知3材料.日仲及技中光仔村NRww府gRt糖成tt

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17、eVMAAMMtt*AIftthIfttNHtM.也毗拓由神!际齐Im弊仔4IMBrBHlMfiq用Bntert*色优3入太MAg0g刘n化Ilalg珈2.2.2 I中科院西安光机所中国科学院西安光学精密机械研究所于1962年3月27日成立,设有瞬态光学与光子学理论与技术、高分辨可见光空间信息获取和光学遥感技术、干涉光谱成像理论与技术、高速光电信息获取与处理技术、先进光学仪器与水下光学技术五大学科方向。其实验室和研究方向汇总如下：匕点子修中nraCSrawwMMmm* IBM凭于MMWM*t MF0MMMM.三lW1P*WfiR三-MwmUUkMiaeim.vmfmammni.WMfLaZMf

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20、I民y冲W*tf0心Mntremir代电5v断五tt用ta.“取汽、和班/仪*大口g犬*Iofam杳中.光迸元件试Mu*大D4K2W中的MttfMgrMfiftmtJT/序IFHiiflw用，i*IW三5-WW*jtt11F三qwr.2.2.3 I中科院上海光机所中国科学院上海光学精密机械研究所（简称：上海光机所）成立于1964年5月，是我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所。发展至今，已形成以探索现代光学重大基础及应用基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。研究所重点学科领域为：强激光技术、强场物理与强光光学、空间激光与时频技术、信息光学、量子

21、光学、激光与光电子器件、光学材料等。强坳物理父窜3五处宣*幅2的开砧*功率小帕!”含g宣斤、；&碑”妣懂初IL光Iur状爸MrX依檐比中纥川Wfttt.MIlfiWJ大g4ftFNIe)Hl编TtM就令阿Mlx诩.ilM三t,OMUt4fR+”比配.ElQ尤优嘉功率室WgNMg.-f与*W、WgH与5Z三3日*却代（1患得与除肩技力头，直柳.Mt值M梏允&fyQi*it*.次.*/底修、土MxmA.曾与无”MHaIeaW与皿光*XitttfrAM.!me.zm、M构粒口王礼憾第W所幅变光学制与HhranIM*尤然IHt件一甑皿工笈才.赏夏令EHi制测中心科及*皿也陵彳、生麻性测冷中光七片M发中

22、心点晚0收发芯”、4子MgWK、光IHl芯“大尺寸.=光*M）tt.11ml十“生铁光三中心电，.二”.高更取dWER4ErM.长*体光学.，w.力a*ttMbHCI许元华利IHR灾中心先IMlA光种科2.2.4 I中科院安徽光机所中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所（以下简称安徽光机所）成立于1970年12月，现已发展成为以大气光学、环境光学、光学遥感、激光技术、大气物理化学和光电子技术等交叉学科并存、以大气环境遥感监测技术及应用和战略高技术为重点的综合性研究机构。其研究室和研究方向汇总如下:大WR宜中心*HMW#*.JT时CR五中心天堂*gve*w於北物1中3心卫塞在坡定体”

23、率，jwN5三r.i|9aar.京一5“，”.推行”楂率*1MlF.mx).光杼柿E心WSIMBM丸技彳，聿应用（大肝传，出出.彳境气体福.太阳*.it?MW2JRrHMBW.变*UT光gM7M(W制陶底段HRftVMl光手技牵MdOMA).9tt*HrmM(9“毫.IrYPrmm大PWt学，子喷$学，1文中心*Mft光技小丽IW*ewr折,修，.ttMlR.先遗制12.bu.w三ng忡由Ie互作用.竟1及:欠M般，与九电案成写与天蚊工期，IfVMJHht与剑1,11收潮与成色tar距:片依甘，git应允学&理8H，清华大学电子工程系建立于1952年，共有6个研究所，信息光电子研究所、微波与天

24、线研究所、电路与系统研究所、通信研究所、信息系统研究所、信息认知与智能系统研究所。每个研究所都设有多个实验室，面向具体方向开展研究。其实验室和研究方向汇总如下：传星化电子*宣 正为“M 光稣无加宗(BF)I “肝安， 淋W itr. 光体灿 量于允子,体：M311%光汽川宣 尤孑计尔什及丽 uwIMr九电子小蔻&号打Wltt A7WMMMRnXtHr.Jft*ft.Mi 罪HMMghiugzHHew.tNTAM 9干IWmM0B三 tt.wmytu. .mmm烧秋儡 IMe*9*a黄”孑HtVmic用Z次f4t千XMH!杵生物忏*班宣 mM三S4MWM 多光耽Wfl号”.MI*汽， 弋陈作师丽

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26、设籥强电蹄冲效应踹值仿真方法、效应效修及其机理等，移髓能天2赎验室 移春冬绡天缘有源充认可重构天缘智能天线、阵贪民知 测试,检测、控制技术J 形如专感器网;应用i学苑至 人工电蝴店; 波导集成电路J 天当锂论与技术J普能微波电路与系统实粒室 高艇歼1功放设计， 数邦失声线性化技术； 杳米波太赫兹功放芯片J 毫米波太静按系统芯片；电路与系统研究所安蛉室多模态数据处理系统研处面向视听海和禅经影像数据的多模态信号处理和信息*蛤决策系统例模拟与混合信号芯片设计哭建集成电路芯片设计纳米集成电路与系统实百 HI拟、射舞及敢模混合集成电路， 智能CMoSAl芯片与系统； 后摩尔时代的新型存储与计算；纳米集成

27、电路与系统实电室高能效计耳研究组 多机协同智能J 内一UJ 定制应用域物S器； 深度学习（智能）处理器， 费计算加速J人鹿口实随 低功耗低峰E拟电膝设计； 低功耗片上数字信号妪里容设计； 低功耗近场体，蝴频道信电路设计J 面向生物医学的信号妪!及嚎件实现J通信研究所实也至窝带多摞体传涵技木蜡致力于复杂环境F高性熊窝带传除技木制究、标准化和产业推广宽带无线il信与信号处理残室 蜜米波信 格妣通信 人工智能在圮戈通信中的应用通信网络理论局工程奖姓室 宽带卫星通信系统 无线空分通信网络 语音修暝培强技术年髓蛤英磔新一代人工智能驱动的螺色、智能、目组织无线网络无线信息系统理论实蛟室 后Shumon时代

28、的信息论与应用J 信息论与随机系统中开放问题6W究，女时通信与网络实检室 实时通（8的基础理论於破技术 文H通信与网络中的安全问题 邦加信在湖和工业互联网中的应用数据科学与智能瑛室 城市科学与计算社会学 大规模城市仿M与优化策 城市治理与用户行为研究多媒体信号与智能信息处理家沧室奴焦智雪医疗研究领域，将目侬音理解,知识工程、数据挖掘和图像分析技术应胭J医学领域，枳极开屣全科辅防缅和专科辅助论疗的砒究工作机器视觉与手术导航实tt 研究内容包立体成像、三维重建、三维测量、立体定位,弼现实与聊化等J 王要应用于骨肿腐手术导航、怫的幡渣放疗,计算成像与视觉智能实蛉室动杰光场耍知，光场噩通建；光场智能处理J极光实蛾室 说话人识别（声故识别J 音解件检谦知识图谱J 眄幄多语声感知与1妙暗能a震论、技术与方法视觉计霞女验范 3D成像；