光子晶體專利技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

摘 要：光子晶體是一種折射率或介電系數(shù)成周期排列的人工或天然材料，利用光子晶體可以制造出全新原理或傳統(tǒng)技術(shù)不能制造的高性能有源和無(wú)源器件，我國(guó)、歐美、日本等國(guó)家、地區(qū)均投入巨大的人力物力進(jìn)行研究。為了給相關(guān)科研人員和專利申請(qǐng)工作提供參考，以CNIPR專利信息服務(wù)平臺(tái)為專利數(shù)據(jù)來(lái)源，主要從專利申請(qǐng)數(shù)量、申請(qǐng)人、發(fā)明人、器件分類等幾個(gè)方面對(duì)光子晶體專利技術(shù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：光子晶體 專利 分析

中圖分類號(hào)：TN252 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）010-169-02

1 引言

光子晶體由E.Yablonovitch在1987年發(fā)現(xiàn)，是一種能夠有效控制和操縱光波的產(chǎn)生和傳播的人工或天然材料，其折射率或介電常數(shù)周期分布具有能隙。利用光子晶體可以制造出全新原理或傳統(tǒng)技術(shù)不能制造的高性能有源和無(wú)源器件，我國(guó)、歐美、日本等國(guó)家、地區(qū)均投入巨大的人力物力進(jìn)行研究。為了給相關(guān)科研人員和專利申請(qǐng)工作提供參考，本文以CNIPR專利信息服務(wù)平臺(tái)為專利數(shù)據(jù)來(lái)源，主要從專利申請(qǐng)數(shù)量、申請(qǐng)人、發(fā)明人、器件分類等幾個(gè)方面對(duì)光子晶體專利技術(shù)進(jìn)行了深入分析。

2 申請(qǐng)量年份分布

在2000年之前，光子晶體專利申請(qǐng)量處于較低水平，這時(shí)的光子晶體研究仍然處于理論探索階段，科研人員的研究成果多發(fā)表在專業(yè)期刊上。在2000年左右，光子晶體的一些重要的原理和加工制造技術(shù)被突破，隨后，大量的光子晶體器件被發(fā)明，從而光子晶體器件有了工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)前景，光子晶體專利數(shù)量井噴式增加，2005年申請(qǐng)量達(dá)到峰值。雖然2006年的申請(qǐng)量明顯下降，但2006至2010年之間的申請(qǐng)量仍然維持在較高水平，體現(xiàn)了技術(shù)發(fā)展的從高峰到平臺(tái)期的一般規(guī)律。由于微電子制造工藝水平難以得到本質(zhì)上的提高，所以光子晶體器件的性能始終與理論預(yù)期存在差距，同時(shí)昂貴的制造成本也使得光子晶體器件在工業(yè)上的應(yīng)用變得撲朔迷離，因此2010年后，光子晶體專利申請(qǐng)量明顯下降。

3 主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)量

主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)量如圖1所示。從圖中可以看出，光子晶體專利主要的申請(qǐng)人包括京都大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、日本電話電報(bào)公司、三菱電纜、佳能、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、三星電子和住友電子，形成了中日韓三國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的局面。日本京都大學(xué)的申請(qǐng)量世界第一，其它日本著名企業(yè)的申請(qǐng)量整體優(yōu)勢(shì)明顯，體現(xiàn)了日本在光子晶體專利申請(qǐng)中的產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)，這與日本在新技術(shù)、新材料領(lǐng)域的高投入有著密不可分的關(guān)系。中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所是中國(guó)光子晶體研究的橋頭堡，擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的人才、設(shè)備優(yōu)勢(shì)，在學(xué)術(shù)帶頭人鄭婉華、許興勝的帶領(lǐng)下，以半導(dǎo)體集成技術(shù)工程研究中心為依托，在光子晶體領(lǐng)域研究取得了豐碩的成果，光子晶體專利申請(qǐng)量進(jìn)入世界三甲。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所則是國(guó)內(nèi)頂尖的科研院所，光子晶體研究實(shí)力雄厚，在光子晶體領(lǐng)域同樣擁有大量的專利申請(qǐng)。

4 主要發(fā)明人申請(qǐng)量

主要發(fā)明人的申請(qǐng)量如圖2所示。日本京度大學(xué)的NODA實(shí)驗(yàn)室是世界著名的光子晶體研究機(jī)構(gòu)，NODA教授是世界上光子晶體領(lǐng)域的著名科學(xué)家，幾乎每年都有重要的研究成果發(fā)表在Nature、Science上，ASANO是NODA團(tuán)隊(duì)中的重要一員。TANAKA MASATOSHI是三菱電纜的研究人員，KUBOTA HIROKAZU和KAWANISHI SATOKI是NTT研究人員，均是光子晶體領(lǐng)域的重要科學(xué)家。宋延林是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所新材料實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)帶頭人，王京霞是其團(tuán)隊(duì)成員，宋延林及其團(tuán)隊(duì)在聚合物光子晶體方面取得了豐碩的成果，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。鄭婉華是中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所的研究員，主要從事光子晶體激光器的研究?？梢钥闯?，中國(guó)科學(xué)家的專利申請(qǐng)量已經(jīng)排在世界前列，中國(guó)在聚合物光子晶體和光子晶體激光器領(lǐng)域已經(jīng)取得大量成果。

5 主要器件申請(qǐng)量

光子晶體器件專利申請(qǐng)主要包括光子晶體光纖、波導(dǎo)、激光器、LED、微腔、開(kāi)關(guān)、傳感器和濾波器。其中光子晶體光纖的申請(qǐng)量最大，美日歐均有成熟的產(chǎn)品供應(yīng)，丹麥NKT Photonic是世界領(lǐng)先的光子晶體光纖的開(kāi)發(fā)商和供應(yīng)商，近年，武漢烽火通信科技股份有限公司牽頭承擔(dān)的光子晶體光纖國(guó)家“863”通過(guò)了驗(yàn)收。光子晶體LED可以顯著提高出光效率，韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)研究院Y. H. Lee研究組報(bào)導(dǎo)的二維空氣孔光子晶體LED，出光效率可以提高13倍。Luminus Devices是第一個(gè)銷售光子晶體LED的公司。

日本NTT的基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室研制成的光子晶體微腔Q值突破了100萬(wàn)，基于這種振動(dòng)器，NTT已經(jīng)開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)換時(shí)間為100ps的超高速光開(kāi)關(guān)。自1999年加州理工學(xué)院Axel Scherer研究組第一次報(bào)道光子晶體激光器激射以來(lái)，各種結(jié)構(gòu)、材料的光子晶體激光器被研制出來(lái)，包括微腔缺陷模激光器、垂直腔面發(fā)射激光器、波導(dǎo)激光器、帶邊（分布反饋）激光器、FP腔激光器、量子級(jí)聯(lián)激光器、量子點(diǎn)激光器等。光子晶體傳感器有著普通傳感器難以企及靈敏度，光子晶體濾波器具有更加精確的濾波特性、更好的波長(zhǎng)選擇能力。

6 各國(guó)申請(qǐng)量年份分布

在2003年以前，中國(guó)專利的申請(qǐng)量低于美國(guó)、日本和WO的申請(qǐng)量，國(guó)內(nèi)光子晶體的研究處于起步階段，2003年后，隨著國(guó)家支持的加強(qiáng)和科研人員的重視，國(guó)內(nèi)光子晶體研究迅速打開(kāi)了局面，創(chuàng)新性成果大量涌現(xiàn)，專利申請(qǐng)量迅速增加。與此同時(shí)，美日歐的專利申請(qǐng)量呈逐漸下降的態(tài)勢(shì)，伴隨著2008年金融危機(jī)的爆發(fā)，美日歐國(guó)家普遍減少了科研投入，中國(guó)則在金融危機(jī)中保持了相對(duì)的穩(wěn)定，光子晶體研究仍然不斷加溫，2011年的專利申請(qǐng)量達(dá)到頂峰，同期世界各國(guó)的申請(qǐng)量已微不足道，中國(guó)已將遠(yuǎn)遠(yuǎn)將世界各國(guó)甩在身后，世界光子晶體的創(chuàng)新研究已經(jīng)轉(zhuǎn)移到中國(guó)。

7 總結(jié)與建議

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的艱苦努力，光子晶體理論和器件的設(shè)計(jì)原理已經(jīng)較為完善，但仍然需要克服光子晶體制造方面的挑戰(zhàn)，比如制造工作在可見(jiàn)光波段具有完全帶隙的三維光子晶體，在三維光子晶體中引入缺陷，和亞納米量級(jí)的制造精度。雖然國(guó)內(nèi)光子晶體研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，專利申請(qǐng)量已遙遙領(lǐng)先世界各國(guó)，但是我們應(yīng)當(dāng)清醒地看到自身的問(wèn)題和未來(lái)技術(shù)發(fā)展的前景，筆者提出以下兩點(diǎn)建議：

（1）認(rèn)清技術(shù)發(fā)展的潮流，勇于站到技術(shù)的最前沿，不要一味地做跟隨研究。國(guó)內(nèi)科研人員仍缺乏足夠的自信和勇氣，傾向于選擇國(guó)外研究熱點(diǎn)作為研究方向。在中國(guó)國(guó)力和科研實(shí)力不斷增強(qiáng)的今天，科研投入已處于前列，我們完全可以做別人沒(méi)做的領(lǐng)域。

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)專利意識(shí)。盡管?chē)?guó)內(nèi)光子晶體的專利申請(qǐng)量已經(jīng)很大，但是國(guó)內(nèi)科研人員仍然習(xí)慣性地發(fā)表文章而不申請(qǐng)專利。雖然理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)性的制作是光子晶體研究的主流，但是理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)性制作往往包含了創(chuàng)新性的技術(shù)方案，在幾十年后可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)當(dāng)今早尋求專利保護(hù)，以應(yīng)對(duì)將來(lái)可能存在的專利糾紛。

參考文獻(xiàn)：

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