脈沖光纖激光器專利技術(shù)發(fā)展分析

摘 ?要：脈沖光纖激光器是激光器領(lǐng)域重要的激光器類型，該領(lǐng)域有較大的專利申請(qǐng)量，文章通過對(duì)脈沖光纖激光器領(lǐng)域的專利技術(shù)進(jìn)行檢索，并對(duì)該領(lǐng)域的專利技術(shù)進(jìn)行技術(shù)分解，梳理出該領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)路線為該領(lǐng)域的專利審查工作提供一定指導(dǎo)，分析表明脈沖光纖激光器技術(shù)經(jīng)歷了主被動(dòng)調(diào)Q和鎖模的起步階段、各種調(diào)Q和鎖模技術(shù)細(xì)分研究的全面發(fā)展階段以及確定被動(dòng)鎖模技術(shù)為重點(diǎn)以及關(guān)注混合鎖模應(yīng)用的快速發(fā)展階段，并給出了審查實(shí)例。

關(guān)鍵詞：激光器;脈沖;專利分析

中圖分類號(hào)：TN248 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）12-0044-03

Abstract：Pulse fiber laser is an important type of laser in the field of laser，which has a large number of patent applications. This paper searches the patent technology in the field of pulse fiber laser，decomposes the patent technology in the field，combs out the technical evolution route of the field，and provides some guidance for the patent examination in the field. The analysis shows that pulse fiber laser is an important type of laser in the field of laser Fiber laser technology has gone through the initial stage of active and passive Q-switching and mode-locking，the overall development stage of various Q-switching and mode-locking technology subdivision research，and the rapid development stage of focusing on the passive mode-locking technology and focusing on the hybrid mode-locking application. This paper also gives a review example.

Keywords：laser;pulse;patent analysis

0 ?引 ?言

固體激光器在激光加工、激光醫(yī)療、激光全息、激光檢測與計(jì)量等技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，其研制一直備受高校、公司及各科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注[1，2]。光纖激光器是新一代固體激光器，具有增益譜寬、激光波長選擇靈活、熱管理方便、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高等諸多優(yōu)勢，光纖激光器是當(dāng)今和未來激光技術(shù)的一個(gè)重要研究方向[3，4]。光纖激光器又可分為連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器，在加工效率及精度方面，脈沖光纖激光器比連續(xù)光纖激光器具有較為明顯的優(yōu)勢，脈沖光纖激光器技術(shù)一直是各科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。專利審查工作需要審查人員對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)有比較深入的了解，審查才能做到客觀、公正。脈沖光纖激光器有較大的專利申請(qǐng)量，審查員對(duì)脈沖光纖激光器技術(shù)的整體把握有助于提高專利審查效率，本文對(duì)脈沖光纖激光器的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理分析，以為審查工作提供參考。

1 ?脈沖光纖激光器的技術(shù)分解

光纖激光器的脈沖輸出主要通過調(diào)Q和鎖模實(shí)現(xiàn)，這兩種技術(shù)是研究熱點(diǎn)也是本文進(jìn)行分析的重點(diǎn)。根據(jù)調(diào)Q和鎖模具體實(shí)現(xiàn)方式的不同，調(diào)Q可分為主動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)調(diào)Q，鎖?？煞譃橹鲃?dòng)鎖模、被動(dòng)鎖模、自鎖模、同步泵浦鎖模以及混合鎖模等，參考非專利文獻(xiàn)并在專利數(shù)據(jù)庫CNABS和DWPI中利用分類號(hào)和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，通過人工篩選和標(biāo)引獲得專利樣本文獻(xiàn)，根據(jù)脈沖形成機(jī)理對(duì)脈沖光纖激光器進(jìn)行如表1所示的技術(shù)分解。

2 ?脈沖激光器技術(shù)發(fā)展分析

在專利數(shù)據(jù)庫CNABS和DWPI中利用分類號(hào)和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，檢索時(shí)間范圍為1984年—2016年的專利申請(qǐng)，通過人工篩選和標(biāo)引獲得專利樣本文獻(xiàn)共531項(xiàng)，以分析脈沖光纖激光器的技術(shù)發(fā)展。

2.1 ?各技術(shù)分支專利申請(qǐng)分布及申請(qǐng)趨勢

圖1給出了根據(jù)表1的二級(jí)技術(shù)分支的專利分布，從圖1可以看出包含主動(dòng)鎖模、被鎖模、自鎖模、同步泵浦鎖模以及混合鎖模的鎖模技術(shù)申請(qǐng)量占比大于包含主動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)調(diào)Q的調(diào)Q技術(shù)申請(qǐng)量，可見脈沖激光器領(lǐng)域的研究更側(cè)重于對(duì)鎖模技術(shù)的研究。其中被動(dòng)鎖模的專利申請(qǐng)占比達(dá)到了55%，可見被動(dòng)鎖模是脈沖光纖激光器領(lǐng)域的主流技術(shù)，被動(dòng)鎖模技術(shù)中采用可飽和吸收體的方案被研究的最多。

圖2統(tǒng)計(jì)了二級(jí)技術(shù)分支的專利申請(qǐng)年度分布，檢索時(shí)間范圍為1984年—2016年，被動(dòng)鎖模技術(shù)經(jīng)過20世紀(jì)80年代至2010年的緩慢發(fā)展后申請(qǐng)量在2011年后迅猛增長，主動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)調(diào)Q的申請(qǐng)量一直穩(wěn)步增長并保持較高的申請(qǐng)量，主動(dòng)鎖模和同步泵浦鎖模較早出現(xiàn)但增長不明顯，一直保持著較低的申請(qǐng)量，自鎖模只在1993年—1995年出現(xiàn)了相關(guān)專利申請(qǐng)，之后幾乎沒有這方面的申請(qǐng)，說明自鎖模的應(yīng)用遇到了技術(shù)瓶頸，混合鎖模的申請(qǐng)量在2007年后呈明顯的增長態(tài)勢，說明該項(xiàng)技術(shù)越來越受到申請(qǐng)人的關(guān)注。

2.2 ?技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

通過分類整理和剖析脈沖光纖激光器各個(gè)時(shí)期的專利文獻(xiàn)，可以得到如圖3所示的脈沖光纖激光器各個(gè)分支的技術(shù)演進(jìn)圖，時(shí)間范圍為1984年—2016年。根據(jù)圖2的脈沖光纖激光器各個(gè)分支專利申請(qǐng)年度分布圖和圖3的脈沖光纖激光器各個(gè)分支的技術(shù)演進(jìn)圖，可以將脈沖光纖激光器專利技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程歸納為三個(gè)主要發(fā)展階段。

第一階段（1984年—1992年）為起步階段，在這一階段出現(xiàn)了主動(dòng)調(diào)Q、被動(dòng)調(diào)Q、主動(dòng)鎖模、被動(dòng)鎖模以及混合鎖模的基本方案，如EP0150749采用電光波導(dǎo)器件進(jìn)行主動(dòng)調(diào)Q，US4955025采用飽和吸收體進(jìn)行被動(dòng)調(diào)Q，US5008887利用電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)鎖模，US5577057基于非線性光纖環(huán)形鏡實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模，而US4922496提出了采用電光鎖模與聲光調(diào)Q相結(jié)合的混合鎖模方法。

第二階段（1993年—2009年）為全面發(fā)展階段，在該階段申請(qǐng)人對(duì)脈沖光纖激光器進(jìn)行了更為全面的研究，在對(duì)主動(dòng)調(diào)Q、被動(dòng)調(diào)Q、主動(dòng)鎖模、被動(dòng)鎖模以及混合鎖模繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)的同時(shí)，又相繼出現(xiàn)了自鎖模和同步泵浦鎖模的專利申請(qǐng)，例如US5689519利用增益光纖雙折射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了自鎖模，US2005163426采用脈沖激光源作為泵浦源實(shí)現(xiàn)了同步泵浦鎖模。通過擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)脈沖輸出的方法使得獲得脈沖光纖激光器的輸出途徑更為廣泛，且在這一階段主動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)鎖模的申請(qǐng)相對(duì)較多，該兩分支的技術(shù)得到申請(qǐng)人更多的關(guān)注。對(duì)于主動(dòng)調(diào)Q，從采用傳統(tǒng)的分離的聲光、電光調(diào)制器等逐漸發(fā)展為直接采用光纖器件進(jìn)行調(diào)Q以達(dá)到降低損耗、提高輸出效率等目的，比如JPH1022560對(duì)光纖光柵反射鏡施加應(yīng)力調(diào)Q;對(duì)于被動(dòng)鎖模，申請(qǐng)人分別繼續(xù)研究了可飽和吸收體、非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，并將新型材料用于被動(dòng)鎖模光纖激光器，使得結(jié)構(gòu)上更簡單、功能上更強(qiáng)大，可以在一個(gè)激光器中實(shí)現(xiàn)多種類型的脈沖輸出。

第三階段（2010年—2016年）為快速發(fā)展階段，在該階段隨著社會(huì)需求不斷增加，越來越多的國家、地區(qū)和組織投入到脈沖激光器的研究，技術(shù)變得更加成熟，其中被動(dòng)鎖模的專利申請(qǐng)量的增長最為明顯。申請(qǐng)人的研究方向更為明確，將被動(dòng)鎖模作為了重點(diǎn)研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了大量的改進(jìn)研究，比如CN201898277利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模并進(jìn)行了色散管理等改進(jìn)以獲得質(zhì)量較高的脈沖輸出，CN102130412利用多組分摻雜石英光纖用于產(chǎn)生飽和吸收效應(yīng)以獲得高重復(fù)率輸出的脈沖激光。另外，在這一階段申請(qǐng)人對(duì)混合鎖模的關(guān)注度顯著增加，因其可以獲得特定性能的脈沖輸出，CN203218697采用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡結(jié)合環(huán)形非線性反射鏡的混合鎖模方案以獲得低重復(fù)率的脈沖輸出，而CN105932526卻利用真實(shí)可飽和吸收體結(jié)合非線性偏振旋轉(zhuǎn)進(jìn)行混合鎖模以獲得高重復(fù)率的脈沖輸出，為獲得各種應(yīng)用所需的特定脈沖輸出，混合鎖模應(yīng)是今后研究的又一熱點(diǎn)。

3 ?審查案例實(shí)踐

根據(jù)以上提供的脈沖激光器技術(shù)發(fā)展分析，在審查過程中可以準(zhǔn)確把握該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的創(chuàng)新高度，快速獲取證據(jù)從而保證案件走向準(zhǔn)確，以下給出審查實(shí)例說明。

案例申請(qǐng)?zhí)枺?014102636986

發(fā)明名稱：可調(diào)節(jié)式可飽和吸收器件、制備方法及在時(shí)域輸出模式可調(diào)的光纖脈沖激光器上的應(yīng)用

技術(shù)方案：本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N可調(diào)節(jié)式可飽和吸收器件，多種低維碳納米材料沉積或轉(zhuǎn)移到透明或者具有反射率0.1%～99.9%的光學(xué)襯底上，將該光學(xué)襯底設(shè)置在可移動(dòng)或可旋轉(zhuǎn)裝置中形成所述吸收器件，并將該可調(diào)節(jié)式可飽和吸收器件應(yīng)用于光纖脈沖激光器中輸出脈沖激光。

可見本申請(qǐng)是一種基于可飽和吸收體的脈沖光纖激光器，根據(jù)上文的技術(shù)演進(jìn)路線分析可以看出基于可飽和吸收體的脈沖光纖激光器在1993年—2009年間就已出現(xiàn)并成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可以通過檢索獲得相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)文件，在專利審查S系統(tǒng)中采用光纖激光器的分類號(hào)H01S3/067[5]，結(jié)合技術(shù)手段關(guān)鍵詞“（（飽和 s 吸收） s 碳） s （調(diào) or 移動(dòng) or 滑動(dòng) or 旋轉(zhuǎn) or 轉(zhuǎn)動(dòng)）”，即可獲得影響本申請(qǐng)創(chuàng)造性的現(xiàn)有技術(shù)文件CN103247935A。

4 ?結(jié) ?論

本文對(duì)脈沖光纖激光器的專利技術(shù)進(jìn)行了檢索和分析，根據(jù)檢索結(jié)果分析了各技術(shù)分支專利申請(qǐng)分布及申請(qǐng)趨勢，梳理了脈沖光纖激光器的技術(shù)演進(jìn)路線，為該領(lǐng)域?qū)＠麑彶楣ぷ饕约靶袠I(yè)發(fā)展提供了一定參考。分析表明被動(dòng)鎖模是脈沖光纖激光器領(lǐng)域的主流技術(shù)，各科研機(jī)構(gòu)在這方面大有可為。

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作者簡介：薛正燕（1986.10—），女，漢族，四川內(nèi)江人，專利審查員，博士，研究方向：激光技術(shù)、紅外測溫。