美国光子学市场规模及份额

美国光子学市场分析

美国光子学市场规模在 2025 年达到 1596.9 亿美元，预计到 2030 年将增至 2010.1 亿美元，复合年增长率为 4.71%，凸显了该行业在供应下一代光子器件方面的战略作用数据中心、防御系统和医疗设备。超大规模设施内人工智能工作负载的激增、联邦政府对岸上制造的新推动以及定向能源计划共同塑造了比以前以电信为中心的周期更广泛的需求概况。硅光子平台获得动力，因为它们可以在现有的 CMOS 生产线上生产，而化合物半导体工厂则受益于 CHIPS 法案的拨款，抵消了高资本成本。与此同时，医疗保健领域对微创成像和光生物调节疗法的采用确保了持久的第二增长引擎。稀土及III-V族材料供应保障由于锗和镓的出口限制会增加投入成本并引发国内替代努力，因此这一因素仍然是一个摇摆因素。

美国光子学市场趋势和见解

人工智能驱动的数据中心光 I/O 热潮

2024 年光收发器出货量创纪录地增长了 60%，反映出超大规模运营商从 400 G 链路转向 800 G 链路，并且 1.6 T 模块的试验正在进行中。^{[1]LightCounting，“2024 年光收发器市场增长”，lightcounting.com} 硅光子占据了其中 35% 的销量，因为集成电光芯片降低了每位功耗并简化了共同封装的光学器件。英特尔和 Ayar 实验室展示了到 2026 年每个封装 3.2 T 的路线图，确保了 m集成光子电路的多年吸引力。随着超级计算机转向光互连以实现节能扩展，能源部的百亿亿次级计划强化了这一趋势。

《CHIPS 法案》国内制造激励措施

《CHIPS 和科学法案》为 2024 年光子项目预留了 2.8 亿美元，其中相干公司获得 1.12 亿美元用于扩大磷化铟和碳化硅产能，格罗方德获得 7500 万美元用于硅项目光子学。 AIM Photonics 的多项目晶圆服务通过共享掩模组和晶圆厂时间来降低初创企业的进入成本，从而促进更丰富的国内供应商基础。^{[2]AIM Photonics，“多项目晶圆服务”，aimphotonics.com}这些激励措施缩短了交货时间，支持值得信赖的供应商指令，并减轻海外供应中断的风险。

国防激光和直接教育能源资金上升

五角大楼在 2024 年为定向能项目拨款约 10 亿美元，其中 9500 万美元用于陆军激光原型和海军加速舰载系统。 nLIGHT 获得了 1.71 亿美元的兆瓦级光纤激光器合同，这是迄今为止最大的单一光子防御合同。^{[3]nLIGHT Corporation，“nLIGHT 获得了 1.71 亿美元的国防合同”，nlight.net} 恶劣军事环境中的技术验证提高了后来渗透到电信和工业产品中的可靠性标准。

微创生物医学成像的采用

FDA 于 2024 年批准 LumiThera 的 Valeda 系统用于地理萎缩治疗，为光生物调节开辟了报销途径。预计到 2032 年，近红外成像收入将达到 36.2 亿美元，复合年增长率为 14.7%，这推动了y 手术导航和肿瘤诊断。 Eoptic 与罗切斯特大学的伤口评估平台等合作试验提供了维持长期采用的临床证据。^{[4]罗切斯特大学医学中心，“光子成像合作伙伴 2024，” urmc.rochester.edu}

电容密集型光子工厂基础设施

无源器件 10 级和有源器件 1 级的洁净室要求使建设支出远远高于传统半导体生产线。^{[5]IEEE 光子学协会，“光子器件制造标准”，ieee.org} AIM Photonics 估计一座全产能光子晶圆厂的成本为 100-5 亿美元，而计量工具的成本可能会很高2–3× 电子对应物。当磷化铟或氮化硅平台的需求激增时，国内晶圆厂数量有限形成产能瓶颈。

稀土和III-V供应链风险

中国2024年的出口限制使锗价格上涨75%，限制了光纤预制棒和红外探测器向量生产。全球 98% 的镓供应来自中国，电信和国防 OEM 面临材料成本波动的问题。^{[6]U.S.地质调查局，“2024 年关键矿产清单”，usgs.gov} 根据《国防生产法》资助的国内加工设施在 2027 年之前不会增加有意义的产量，从而留下中期脆弱窗口。

细分分析

按应用：医疗技术推动下一波增长

医疗技术的复合年增长率前景为 5.94%，这反映出一旦临床疗效得到证实，监管机构就会批准采购预算。在超大规模流量向 800 G 光学迁移的推动下，数据通信仍然占据最大份额，占美国光子市场份额的 28.90%。测量和检测从自主虚拟化中获得越来越多的关注车辆激光雷达和智能基础设施监控，而生产技术则利用高功率激光器进行增材制造线。 

图像引导手术和光动力疗法的发展势头维持了对宏观经济波动具有弹性的需求状况。照明和显示细分市场已经成熟，但园艺和紫外线消毒利基市场提供了有针对性的增长。新兴领域、量子计算、环境传感和空间平台为那些能够将成熟技术推向新垂直领域的供应商创造了选择价值。

按组件类型：集成电路引领创新

随着客户倾向于在单个芯片上嵌入源、调制器和探测器的芯片级模块，集成光子电路的复合年增长率预计为 6.14%。激光器和光源占据 24.50% 的份额，但稳定的商品化迫使供应商捆绑控制电子设备和软件。探测器和传感器受益于不断发展的汽车 ADAS和护理点诊断，强调了雪崩光电二极管和单光子计数器的灵敏度进步。 

光纤和波导维持了农村宽带部署的基线需求，而调制器则从云主干网中的动态波长切换中获得了提升。无源光学供应商重新定位于定价能力更强的恶劣环境航天器和海底系统。客户越来越青睐提供完整子系统而不是分立部件的供应商，从而整合了供应商名单。

按最终用户行业：医疗保健超越传统领导者

由于对基于光子的诊断（例如用于伤口护理的多光谱成像）的接受度不断提高，医疗保健和生命科学的复合年增长率高达 7.54%。随着云和人工智能集群容量的增加，电信和数据中心仍然是美国光子学市场规模 31.20% 的销量支柱。工业制造扩大了激光在精密加工领域的应用离子焊接和质量检测，而国防和航空航天则在激光武器和自由空间光通信项目上保持稳定。 

随着智能手机创新停滞不前，消费电子产品增长放缓，尽管增强现实耳机和 3D 传感提供了选择性的上升空间。能源和环境利用太阳能光伏研究和碳捕获设施的分布式光学监测。例如，跨行业平台、光学人工智能加速器可帮助供应商在多个客户群中摊销研发费用。

按技术：硅光子学势头强劲

预计到 2030 年，硅光子学复合年增长率将达到 7.15%，反映出与成熟 CMOS 晶圆厂以及 GlobalFoundries 等公司由 CHIPS 资助的扩张的兼容性。光纤光子学仍然占据主导地位，占据三分之一的份额，但随着地铁和长途建设的趋于平稳，其增速放缓。自由空间和衍射光学在激光雷达和全息显示项目中兴起，这些项目需要精确的光束整形。 

量子和非线性光子学获得了能源部和风险投资公司的注资——PsiQuantum 的 7.5 亿美元融资体现了私人对光子量子位的信心。将硅无源层与 III-V 增益介质结合在一起的混合堆栈的出现，可以平衡成本和性能。

地理分析

加利福尼亚州的硅谷和俄勒冈州的硅森林继续成为硅光子设计和消费电子集成的中心。英特尔的圣克拉拉和希尔斯伯勒园区将光子器件生产集成到现有晶圆生产线中，降低增量资本支出并加快原型周期。从波士顿到北卡罗来纳州的走廊聚集了医疗和国防光子公司，得益于大学人才管道和邻近联邦采购机构的帮助。

由于 CHIPS 法案，亚利桑那州和德克萨斯州成为新的制造据点相干公司和多家量子芯片初创公司宣布建立晶圆厂以扩大地区就业。菲尼克斯的量子铸造厂与图森的航空航天光学工厂相辅相成，形成了西南沙漠的技术地带。随着汽车制造商试点固态激光雷达和驾驶室监控传感器，中西部地区充分利用汽车供应链，为区域供应商在十年后的销量增长做好准备。

联邦政策有意分配资金以减少单点故障；因此，纽约州和俄亥俄州等州现在拥有氮化硅和磷化铟的绿地生产线。地方税收减免和劳动力补贴进一步吸引二级供应商集中办公，创建垂直整合的集群。地域多元化还增强了抵御自然灾害和地缘政治冲击的能力，这一优势在最近的大流行时代的破坏中凸显出来。

竞争格局

许多子细分市场都呈现碎片化的特征，但随着现有企业以垂直整合为目标，整合正在进行中。英特尔和格罗方德在硅光子晶圆领域占据主导地位，而康宁、Lumentum 和英飞朗则在光纤领域占据主导地位。 Luna Innovations 以 2000 万美元收购 General Photonics 等收购将传感技术融入到更广泛的测试组合中。拥有监管专业知识和质量体系的公司可以更快地满足 ITAR 和 FDA 的障碍，从而培育可防御的护城河。

初创公司 Ayar Labs 和 Lightmatter 追逐芯片到芯片的光学 I/O 利基市场，承诺为 AI 集群提供更低的延迟和功耗。 2024 年专利活动跃升 23%，主要集中在共同封装光学几何结构和先进波分复用技术上。现在，竞争强调系统级架构、封装、固件和诊断，而不是单个组件规格。

材料安全是一个战略差异化因素；公司确保国内锗精炼或回收镓在价格飙升的情况下获得成本优势。与此同时，Teradyne 等测试设备巨头收购了光子学专用平台，以弥补自动化测试空白，将自己定位为大批量硅光子产线的一站式合作伙伴。