一、前言

矽光子(Silicon Photonics)是一項以半導體製程為基礎，將光學與電子元件整合於同一平台的技術，使資料能夠透過光訊號在晶片內外進行高速傳輸。相較於傳統以電訊號進行資料傳輸的方式，矽光子具備高頻寬、低延遲與低功耗等特性，能有效因應高速資料傳輸與能源效率的挑戰，逐漸成為資料中心與高效能運算領域中的關鍵技術解決方案。

高速資料傳輸與能源效率等需求的提升，搭配矽光子技術應用範圍不斷擴大，以及各國政府積極推動相關技術發展等因素，帶動矽光子市場快速成長。根據 MarketandMarkets 分析，2024 年全球矽光子市場規模為21.6 億美元，預計至 2030 年將成長至 96.5 億美元，2025 至 2030 年的年均複合成長率(CAGR)為 29.5%。然而，如何有效將雷射光源整合至晶片、改善矽材料的發光效率，以及克服元件微型化所帶來的散熱問題，仍為矽光子技術發展中仍待解決的重要挑戰。下列段落將依序就矽光子零組件、產品類別，以及各應用領域的發展現況與市場趨勢加以說明。

二、零組件分類

矽光子零組件可區分為六類：雷射(Lasers)、光調變器(Modulators)、光偵測器(Photodetectors)、光波導(Optical Waveguides)、光學互連(Optical Interconnects)以及其他零組件(各零組件之市場趨勢請參閱圖一)。

(一) 雷射
雷射的主要功能在於產生光訊號，作為矽光子技術中的關鍵光源。當前矽光子雷射以鍺矽(Ge-on-Si)與III–V族材料技術為主，其中以 III–V族雷射的性能最佳，製程亦最為成熟。近年來，量子點雷射(Quantum Dot Laser)逐漸受到重視，此技術利用奈米尺度的半導體結構作為發光介質，能更精準地控制光的產生與放大，進而提升光電轉換效率與輸出穩定性。代表性案例為 Quintessent 與 Tower Semiconductor合作開發之異質整合技術，成功將砷化鎵量子點雷射與矽光子元件整合至單一晶片。

(二) 光調變器
光調變器可根據輸入的電訊號，調控光的強度與相位等特性，將電子訊號中的資料編碼至光訊號中。依其作用機制不同，調變器可分為吸收式與折射式兩類：前者透過改變材料的吸收率以調整光強度，後者則藉由改變折射率來控制光的相位。例如，Lightwave Logic 開發的聚合物調變器(polymer modulator)即屬於折射式調變器，其原理為利用電光效應(electro-optic effect)改變材料的折射率，以實現對光相位的精準控制。

(三) 光偵測器
光偵測器是將光訊號轉換為電訊號的關鍵元件，其原理為利用光電效應(photoelectric effect)，將入射光轉換為電流或電壓。常見類型包括PIN光偵測器與鍺矽(Ge-on-Si)光偵測器，廣泛應用於電信、資料中心與感測等領域。
鍺材料在近紅外波段(NIR)具有極高的吸收能力，適用於紅外光偵測；同時可與矽晶片整合，兼具低成本與半導體製程相容性，為目前最成熟且效能優異的光偵測技術。近年研究著重於提升鍺矽光偵測器於光波導整合以及電訊號輸出效率方面的表現，以進一步改善偵測速度與靈敏度。

(四) 光波導
光波導是藉由半導體製程於矽基板上形成的導光結構，其核心功能在於高效率、低損耗地導引與控制光訊號，確保訊號在晶片內部的穩定傳輸。依適用波長範圍的不同，光波導元件可分為三種類型：400–1,500 nm 波段主要應用於醫療診斷與生物感測，可整合於即時診斷裝置中，用於葡萄糖監測、DNA 分析及3D組織成像；1,310–1,550 nm 波段則廣泛用於資料中心與電信通訊，為光纖通訊常用的主波段，具低損耗與高頻寬特性，可支援高速資料傳輸與 5G 網路應用；900–7,000 nm 波段涵蓋近紅外至中紅外光譜，常見於車用光達(LiDAR)、氣體感測與光譜分析等領域。
近期產業界持續投入低損耗波導製程技術的研發。2021 年，Tower Semiconductor 與 Anello Photonics 合作開發新一代氮化矽(SiN)波導技術，可在 1,310 與 1,550 nm 波段有效降低光損耗，以進一步擴大矽光子技術的應用範疇。

(五) 光學互連(Optical Interconnects)
光學互連為以光訊號取代電訊號進行資料傳輸的技術，可在晶片、伺服器與資料中心之間建立高速通訊連結。相較於傳統電互連，光學互連具備高頻寬、低延遲與低功耗等優勢，能有效減少長距離傳輸中的訊號損耗，大幅提升資料傳輸效率。隨著人工智慧與高效能運算需求持續成長，光學互連已成為次世代高速運算與資料中心的重要技術。

(六) 其他零組件
其他關鍵零組件還包括光耦合器(Optical Coupler)、光放大器(Optical Amplifier)與光濾波器(Optical Filter)等。光耦合器負責在不同光波導或光纖之間分配或合併光訊號，為連結矽光子晶片與外部光學系統(如光纖通訊)的重要零組件。光放大器則能在不將光轉換為電訊號的情況下提升光訊號強度，用於補償傳輸損耗，確保長距離傳輸的穩定性。光濾波器則能選擇性地通過或阻擋特定波長的光，常應用於多波長光傳輸系統，使不同波長的光訊號得以同時於單一光纖中傳輸，進一步提升資料傳輸效率與頻寬利用率。

三、產品類型

矽光子依據產品類型可區分為光收發器(Transceivers)、可變光衰減器(Variable Optical Attenuators, VOA)、光開關(Switches)、感測器(Sensors)、光纖(Cables)等(各類型產品之市場趨勢請參閱圖二)。

(一) 光收發器
光收發器同時具備發射與接收功能，為光通訊系統中負責雙向資料傳輸的關鍵裝置。矽光子技術的導入，使光收發器能高度整合並微型化，可直接嵌入處理器晶片中，達成高速且低功耗的資料傳輸。代表性業者包括 Intel、Coherent與Cisco Systems 等。

(二) 可變光衰減器
可變光衰減器為可動態調整光訊號強度的裝置，用於控制光功率以符合系統需求，確保光通訊系統的穩定與精確。其具備反應速度快與穩定性高的特性，適用於都會區及長距離光纖傳輸與資料中心網路。代表性業者包括 Mellanox Technologies 與 Coherent。

(三) 光開關
光開關可在不同光纖通道間切換光訊號路徑，以提升傳輸效率與網路靈活性。此技術能依資料傳輸需求的變化，自動調整訊號方向，優化網路資源配置。採用矽光子製程的光開關具奈秒級切換速度及低延遲、低干擾等特性，適用於資料中心與高速光通訊系統。

(四) 矽光子感測器
矽光子感測器結合矽晶片、光波導與光偵測器，可量測環境中溫度、壓力或特定化學物質造成的光學變化。其具備高靈敏度、精確度高、體積小與抗電磁干擾等優勢，能整合於可攜式或嵌入式裝置中，應用於軍工航太、生醫檢測及智慧裝置領域。代表性案例為加拿大 Axela Biosensors 所開發的 dotLab MX 系統，將生物感測晶片整合於拋棄式塑膠卡匣中，可即時分析蛋白質、DNA 與 RNA 等樣本。

(五) 光纖
光纖由玻璃或塑膠材料製成，能長距離傳輸大量資料，具備抗電磁干擾能力，且維護成本亦低於其他傳輸介質，為光通訊系統的重要基礎。代表性業者包括Cisco Systems、Broadcom等。

四、應用範疇

依應用場域的不同，矽光子技術可分為五大主要領域：資料中心與高效能運算、電信、國防與航太、醫療與生命科學，以及其他應用。以下分別介紹(各應用領域之市場趨勢請參閱圖三)。

(一) 資料中心與高效能運算
為了因應雲端服務與人工智慧等運算需求的快速成長，以及能源效率所帶來的挑戰，資料中心業者積極發展並導入矽光子技術，以建構高速、低延遲的光學互連網路。例如AWS 與 STMicroelectronics 合作開發專為資料中心設計的矽光子晶片，以提升資料傳輸效能；Meta 則與 Broadcom 合作測試其矽光子解決方案，在資料中心環境的長時間運行測試中展現高穩定性與低功耗特性。

(二) 電信
相較於傳統電纜，矽光子具備高頻寬、低功耗與低延遲等優勢，能滿足 5G 與雲端網路對長距離與高速資料傳輸的需求。隨著網路傳輸需求持續增加，電信業者積極導入矽光子光通訊模組，以提升網路容量並降低能耗。例如Finisar、NEC已分別推出基於矽光子的光通訊解決方案，其中部分產品已可支援超過 40 公里的高速光傳輸。

(三) 國防與航太
矽光子具備高速傳輸與抗電磁干擾等特性，適用於戰場通訊、精準導航及衛星通訊等任務。例如Lockheed Martin 與 Ayar Labs 合作，將矽光子光學互連應用於軍用雷達系統。同時，矽光子技術亦可整合於飛行器結構中，用於監測機翼等關鍵部位的形變與應力變化，提升飛行安全與維修管理效能。未來，隨著多波長雷射(multi-wavelength lasers，可同時輸出多種波長光訊號的雷射技術)與共同封裝光學(Co-Packaged Optics, CPO)等技術的成熟，軍事與航太系統可望實現更高效的資料處理與即時通訊，以支援戰場態勢感知、無人載具協同作戰及衛星網路整合等任務。

(四) 醫療與生命科學
矽光子技術正逐步擴展至實驗室晶片(Lab-on-Chip)、生物感測與植入式醫療裝置等領域，可應用於即時診斷、疾病追蹤與慢性病監測。隨著個人化醫療與智慧醫療的發展，許多業者致力於整合並微型化光學儀器與感測系統，以提升診斷精度與治療效率。美國新創公司 SiPhox Health 已推出基於矽光子技術的血液檢測平台，可量測約 50 種與慢性病相關的生物標誌物。

(五) 其他
其他應用涵蓋汽車等產業。車用光達可透過雷射光發射與反射進行環境感測，為自駕車實現高精度地圖建構與物體辨識的核心技術。目前Quanergy 與 Sensata Technologies 業者正合作開發基於矽光子技術的固態光達(solid-state LiDAR)感測器，以實現更小型化、更高穩定性及具成本競爭力的自動駕駛方案。