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通信用光器件专利助推行业快速发展

时间:2013-10-18 13:11:42  来源:  作者:

 2011年,国家知识产权局专利分析普及推广项目“通信用光器件”课题研究组对4种有源光器件(光源、光放大器、光电探测器和光调制器)和8种无源光器件(光纤活动连接器,光开关光衰减器光环形器、光滤波器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器)进行了专利分析,最终形成了《通信用光器件行业专利分析》报告。该报告采用的专利文献数据主要来自国家知识产权局专利检索与服务系统(S系统)及中国专利文献检索系统(CPRS)。

      全球来看,日美专利优势明显,但申请总体处于低位 
      通信用光器件技术的发展经历了高速发展期和高潮期,出现了明显的拐点,目前处于下行趋势,近5年来下降趋势减缓。在该领域,日本的专利申请量占全球总申请量的一半,美国专利申请量占全球总申请量的14,中国的专利申请量占全球总申请量的6%,排名第三。
经检索,1975年至2010年,全球范围内与通信用光器件密切相关的发明专利申请总计6.6504万项,中国相关发明专利申请总计5938件。这些专利申请来源地共涉及37个国家或地区,涉及的专利申请人总计7000余名,其中日本申请人占据了申请总量排名前5的位置,他们分别是日本电信电话、日本电气、富士通、住友和日立。
从整体趋势来看,通信用光器件的发展起步于20世纪80年代初,经过20年的发展,到上世纪90年代末期进入快速发展期。1999年到2000年申请人数量增加了1000多名,2000年到2001年又有近千名申请人进入光器件研发领域。随着2001年互联网泡沫的破灭,通信用光器件技术的发展受到严重影响,申请量急剧下降,到2006年左右,才止住急速下降的趋势。目前虽然仍处于下行状态,但是趋势减缓。参见图1。

光开关|光衰减器|MEMS VOA|SFP VOA|SPF光衰减器模块|光源设备|偏振控制器|光环行器|光延迟线|光纤准直器|TO激光器|蝶形激光器

      从专利申请数量来看,排名前10位的申请人掌握了全球34%的专利申请,排名在前11至20位的申请人掌握了全球11%左右的专利申请,排名前21至30位的申请人掌握了全球7%左右的专利申请,相比较而言,排名前10位的申请人实力雄厚,竞争比较激烈。而排名前30位的申请人已经掌握了52%的专利申请。这说明通信用光器件专利申请有集中的倾向。

      从各光器件的申请量来看,排名前5位的是光源、光纤活动连接器、光探测器、光放大器和光开关。在有源器件中,光源相关的发明专利申请总量最多,占到有源器件申请总量的45%;在无源器件中,光纤活动连接器相关的发明专利申请量占到无源器件申请总量的36%,表明这两种器件的研发投入较多。

   数据表明,日本是最大的专利申请来源地,其专利申请量占到全球总申请量的一半,其中日本本国申请人的申请量占到86%,进入日本的外国专利申请只占14%。而从专利输出情况来看,日本对外输出的专利申请数量优势明显。日本申请人在美国已经提交了7546件专利申请,在欧洲也提交了3177件专利申请,说明美国和欧洲是日本申请人的主要市场,专利技术输出倾向明显。

  美国是第二大专利申请来源地,其专利申请量占全球总申请量的14,其在通信用光器件方面的技术研发相对较晚,但是发展异常迅速。而美国申请人向日本和中国提交的专利申请基本相当,说明日本和中国市场对于美国申请人同样重要。

  来自中国的专利申请量排名第三,占全球总申请量的6%,其技术发展从1999年开始起步,之后发展迅速,虽然2004年至2006年发展趋势渐缓,但是2007年之后上升趋势明显。中国申请人向其他国家提交专利申请的数量较少,其中向美国提交专利申请的比例稍高,目前还处于技术输入阶段。

国内通信用光器件行业近年来呈整体上升趋势,国外来华专利申请主要集中在日本和美国,国内的申请主要集中在北京、湖北和华南沿海地区,初步形成优势区域。

   经检索,1985年至2010年之间与通信用光器件密切相关的中国专利申请共计7911件(其中发明专利申请5938件),已授权的专利申请有4838件(其中发明专利2865件),有效专利申请3409件(其中发明专利2150件),国外在华申请3335件,国内申请4576件。图2

       国内通信用光器件行业近年来呈整体上升趋势,国外来华专利申请主要集中在日本和美国,国内的申请主要集中在北京、湖北和华南沿海地区,初步形成优势区域。

  经检索,1985年至2010年之间与通信用光器件密切相关的中国专利申请共计7911件(其中发明专利申请5938件),已授权的专利申请有4838件(其中发明专利2865件),有效专利申请3409件(其中发明专利2150件),国外在华申请3335件,国内申请4576件。图2

光开关|光衰减器|MEMS VOA|SFP VOA|SPF光衰减器模块|光源设备|偏振控制器|光环行器|光延迟线|光纤准直器|TO激光器|蝶形激光器

      从图中可以看出,1995年之前是起步期,1996年至2000年进入发展期,专利申请量开始逐年增加,2001年至2003年进入快速发展期,上升趋势明显,2004年至2006年处于平稳发展期,2007年之后又进入新一轮的增长期,整体申请量上升趋势明显。其中,国外申请人进入中国的时间较早,申请量逐年上升,直至互联网泡沫破裂,2004年之后申请量有所下降,但是近几年正逐渐恢复增长;中国申请人在通信用光器件方面的专利申请起步较晚,但是发展迅速,并且目前仍以较快速度发展。

  国外技术强国始终重视在中国的技术投入,国内各省市在通信用光器件领域的专利申请分布不均,目前初步形成优势区域。在中国发明专利申请中,国外来华申请占57%,其中以来自日本和美国的申请最多,分别占来华申请总量的41%和32%。国内的申请从总量来看,百件以上的有12个省市,广东省以900件位列第一。从发明专利申请量来看,北京申请量最多,占其申请总量的84%。从各省市的技术分布来看,广东在各种光器件方面均有一定的申请量,上海在光源、光放大器和光开关方面的技术比较集中,而北京在光源方面的技术优势明显,江苏、浙江和河南则在光纤连接器方面技术集中。其中北京和上海的申请人以科研院所为主,从事通信用光器件技术的基础研发工作;广东、江苏、浙江和湖北的申请人以企业为主,逐步形成了一定的区域优势。

      未来光网络的发展将对光器件的性能提出更高要求。光纤放大器是光放大器的主流,平面波导光放大器目前还处于研究阶段。光波导型光开关的申请量最高,在MEMS(微机械)光开关方面的研发较为活跃。

  随着通信需求迅猛攀升,未来光通信网络需要具有更广的带宽、更高的速率、更大的分路比和更长的距离。在巨大市场的激励下,许多新技术和新器件应运而生,例如基于InP(磷化铟)技术的单片DWDM(密集波分复用)光子集成收发器件、高增益掺铒光放大器、超密集波分复用器、PLC(平面光波回路)光分路器、光正交频分复用调制器等。光器件正朝着小型化、集成化和低成本方向发展。

  从专利数据上看,有源器件相关的全球发明专利申请总计3.4265万项,中国发明专利申请总计3386件;无源器件相关的全球发明专利申请总计3.2278万项,中国发明专利申请2605件。有源器件中光源的申请量最大,占有源器件总申请量的46%。其次是光放大器和光电探测器。而无源器件的8个技术分支中,光纤活动连接器的申请量最大,占无源器件总申请量的38%,其次是光开关和光滤波器。

  具体来看,国内在光源和光开光方面的申请量和国外来华申请相比,差距不大。而在光滤波器、波分复用器、光纤耦合器和光环形器方面的申请量已经略高于国外来华申请量。说明中国在这些器件方面的研发投入较多,并积累了一定的技术储备。而在光放大器和光纤活动连接器方面的申请量与国外来华相比,差距较大,还有待进一步提高技术创新能力。

  光放大器用于光纤通信线路中,可实现信号放大,为实现全光通信奠定一定的技术基础。在光纤放大器中,掺铒光纤放大器是最常用的一种,目前技术改进主要集中在增益平坦、增益锁定、宽带化、降低噪声、提高增益和器件小型化。拉曼光纤放大器的研究热点则集中在大泵浦的功率技术、降低噪声技术和增益均衡控制技术。从全球数据来看,光纤放大器申请量占据光放大器全部申请量的近一半,而半导体光放大器的申请量不足总量的20%,平面波导光放大器目前还处于研究阶段,申请量相对较少。从中国专利申请情况来看,光纤放大器方面的申请六成来自外国申请人,国内申请不足四成,还存在一定的差距;半导体光放大器和平面波导光放大器方面的研发尚不活跃。     

      光开关是较为重要的光无源器件,是光交换和光互联中最基本的器件。各种类型的光开关相关专利申请的数据汇总表见表3。数据表明,光波导型光开关的申请量最高,MEMS光开关的申请量明显较少。而中国在MEMS光开关方面的研究与传统光开关相比,申请量相当,说明中国在MEMS光开关方面的研发较为活跃。从中国专利申请数据可以看出,中国国内申请人在光波导型光开关方面的申请量略高于国外来华申请量,而在光纤和光器件光开关和MEMS光开关方面与国外来华申请量差距不大。MEMS光开关技术以微镜反射型为主,三维矩阵式MEMS光开关是研究热点和难点。WSS(波长选择开关)技术目前处于研究活跃状态,美国和日本申请人的专利技术实力相当,中国在这方面的研究较少。

 光开关|光衰减器|MEMS VOA|SFP VOA|SPF光衰减器模块|光源设备|偏振控制器|光环行器|光延迟线|光纤准直器|TO激光器|蝶形激光器

      目前,我国通信用光器件企业整体技术水平较低,在一定程度上制约了行业的发展,今后需进一步发挥自身优势,加强产学研结合,增强国际竞争力。

  

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