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摘 要：光子晶体是一种折射率或介电系数成周期排列的人工或天然材料，利用光子晶体可以制造出全新原理或传统技术不能制造的高性能有源和无源器件，我国、欧美、日本等国家、地区均投入巨大的人力物力进行研究。为了给相关科研人员和专利申请工作提供参考，以CNIPR专利信息服务平台为专利数据来源，主要从专利申请数量、申请人、发明人、器件分类等几个方面对光子晶体专利技术进行分析。
关键词：光子晶体 专利 分析
中图分类号：TN252 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-169-02
1 引言
光子晶体由E.Yablonovitch在1987年发现，是一种能够有效控制和操纵光波的产生和传播的人工或天然材料，其折射率或介电常数周期分布具有能隙。利用光子晶体可以制造出全新原理或传统技术不能制造的高性能有源和无源器件，我国、欧美、日本等国家、地区均投入巨大的人力物力进行研究。为了给相关科研人员和专利申请工作提供参考，本文以CNIPR专利信息服务平台为专利数据来源，主要从专利申请数量、申请人、发明人、器件分类等几个方面对光子晶体专利技术进行了深入分析。
2 申请量年份分布
在2000年之前，光子晶体专利申请量处于较低水平，这时的光子晶体研究仍然处于理论探索阶段，科研人员的研究成果多发表在专业期刊上。在2000年左右，光子晶体的一些重要的原理和加工制造技术被突破，随后，大量的光子晶体器件被发明，从而光子晶体器件有了工业应用的技术前景，光子晶体专利数量井喷式增加，2005年申请量达到峰值。虽然2006年的申请量明显下降，但2006至2010年之间的申请量仍然维持在较高水平，体现了技术发展的从高峰到平台期的一般规律。由于微电子制造工艺水平难以得到本质上的提高，所以光子晶体器件的性能始终与理论预期存在差距，同时昂贵的制造成本也使得光子晶体器件在工业上的应用变得扑朔迷离，因此2010年后，光子晶体专利申请量明显下降。
3 主要申请人的申请量
主要申请人的申请量如图1所示。从图中可以看出，光子晶体专利主要的申请人包括京都大学、中国科学院半导体研究所、日本电话电报公司、三菱电缆、佳能、中国科学院化学研究所、三星电子和住友电子，形成了中日韩三国竞争的局面。日本京都大学的申请量世界第一，其它日本著名企业的申请量整体优势明显，体现了日本在光子晶体专利申请中的产学研优势，这与日本在新技术、新材料领域的高投入有着密不可分的关系。中国科学院半导体研究所是中国光子晶体研究的桥头堡，拥有国内领先的人才、设备优势，在学术带头人郑婉华、许兴胜的带领下，以半导体集成技术工程研究中心为依托，在光子晶体领域研究取得了丰硕的成果，光子晶体专利申请量进入世界三甲。中国科学院化学研究所则是国内顶尖的科研院所，光子晶体研究实力雄厚，在光子晶体领域同样拥有大量的专利申请。
4 主要发明人申请量
主要发明人的申请量如图2所示。日本京度大学的NODA实验室是世界著名的光子晶体研究机构，NODA教授是世界上光子晶体领域的著名科学家，几乎每年都有重要的研究成果发表在Nature、Science上，ASANO是NODA团队中的重要一员。TANAKA MASATOSHI是三菱电缆的研究人员，KUBOTA HIROKAZU和KAWANISHI SATOKI是NTT研究人员，均是光子晶体领域的重要科学家。宋延林是中国科学院化学所新材料实验室的学术带头人，王京霞是其团队成员，宋延林及其团队在聚合物光子晶体方面取得了丰硕的成果，处于国内领先地位。郑婉华是中国科学院半导体所的研究员，主要从事光子晶体激光器的研究。可以看出，中国科学家的专利申请量已经排在世界前列，中国在聚合物光子晶体和光子晶体激光器领域已经取得大量成果。
5 主要器件申请量
光子晶体器件专利申请主要包括光子晶体光纤、波导、激光器、LED、微腔、开关、传感器和滤波器。其中光子晶体光纤的申请量最大，美日欧均有成熟的产品供应，丹麦NKT Photonic是世界领先的光子晶体光纤的开发商和供应商，近年，武汉烽火通信科技股份有限公司牵头承担的光子晶体光纤国家“863”通过了验收。光子晶体LED可以显著提高出光效率，韩国高等科学技术研究院Y. H. Lee研究组报导的二维空气孔光子晶体LED，出光效率可以提高13倍。Luminus Devices是第一个销售光子晶体LED的公司。
日本NTT的基础研究实验室研制成的光子晶体微腔Q值突破了100万，基于这种振动器，NTT已经开发出转换时间为100ps的超高速光开关。自1999年加州理工学院Axel Scherer研究组第一次报道光子晶体激光器激射以来，各种结构、材料的光子晶体激光器被研制出来，包括微腔缺陷模激光器、垂直腔面发射激光器、波导激光器、带边（分布反馈）激光器、FP腔激光器、量子级联激光器、量子点激光器等。光子晶体传感器有着普通传感器难以企及灵敏度，光子晶体滤波器具有更加精确的滤波特性、更好的波长选择能力。
6 各国申请量年份分布
在2003年以前，中国专利的申请量低于美国、日本和WO的申请量，国内光子晶体的研究处于起步阶段，2003年后，随着国家支持的加强和科研人员的重视，国内光子晶体研究迅速打开了局面，创新性成果大量涌现，专利申请量迅速增加。与此同时，美日欧的专利申请量呈逐渐下降的态势，伴随着2008年金融危机的爆发，美日欧国家普遍减少了科研投入，中国则在金融危机中保持了相对的稳定，光子晶体研究仍然不断加温，2011年的专利申请量达到顶峰，同期世界各国的申请量已微不足道，中国已将远远将世界各国甩在身后，世界光子晶体的创新研究已经转移到中国。
7 总结与建议
经过国内外科学家的艰苦努力，光子晶体理论和器件的设计原理已经较为完善，但仍然需要克服光子晶体制造方面的挑战，比如制造工作在可见光波段具有完全带隙的三维光子晶体，在三维光子晶体中引入缺陷，和亚纳米量级的制造精度。虽然国内光子晶体研究已经取得了长足的进步，专利申请量已遥遥领先世界各国，但是我们应当清醒地看到自身的问题和未来技术发展的前景，笔者提出以下两点建议：
（1）认清技术发展的潮流，勇于站到技术的最前沿，不要一味地做跟随研究。国内科研人员仍缺乏足够的自信和勇气，倾向于选择国外研究热点作为研究方向。在中国国力和科研实力不断增强的今天，科研投入已处于前列，我们完全可以做别人没做的领域。
（2）进一步加强专利意识。尽管国内光子晶体的专利申请量已经很大，但是国内科研人员仍然习惯性地发表文章而不申请专利。虽然理论计算和实验性的制作是光子晶体研究的主流，但是理论计算和实验性制作往往包含了创新性的技术方案，在几十年后可能产生巨大的经济效益，应当今早寻求专利保护，以应对将来可能存在的专利纠纷。
参考文献：
[1] 王伟，侯蓝田.光子晶体光纤的现状和发展[J].激光与光电子学进展，2008，45（2）：43-51.
[2] 赵致民，许兴胜，李芳，等.光子晶体的微腔特性[J].半导体学报，2006，27（6）：1034-1036.
关键词：光子晶体 专利 分析
中图分类号：TN252 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-169-02
1 引言
光子晶体由E.Yablonovitch在1987年发现，是一种能够有效控制和操纵光波的产生和传播的人工或天然材料，其折射率或介电常数周期分布具有能隙。利用光子晶体可以制造出全新原理或传统技术不能制造的高性能有源和无源器件，我国、欧美、日本等国家、地区均投入巨大的人力物力进行研究。为了给相关科研人员和专利申请工作提供参考，本文以CNIPR专利信息服务平台为专利数据来源，主要从专利申请数量、申请人、发明人、器件分类等几个方面对光子晶体专利技术进行了深入分析。
2 申请量年份分布
在2000年之前，光子晶体专利申请量处于较低水平，这时的光子晶体研究仍然处于理论探索阶段，科研人员的研究成果多发表在专业期刊上。在2000年左右，光子晶体的一些重要的原理和加工制造技术被突破，随后，大量的光子晶体器件被发明，从而光子晶体器件有了工业应用的技术前景，光子晶体专利数量井喷式增加，2005年申请量达到峰值。虽然2006年的申请量明显下降，但2006至2010年之间的申请量仍然维持在较高水平，体现了技术发展的从高峰到平台期的一般规律。由于微电子制造工艺水平难以得到本质上的提高，所以光子晶体器件的性能始终与理论预期存在差距，同时昂贵的制造成本也使得光子晶体器件在工业上的应用变得扑朔迷离，因此2010年后，光子晶体专利申请量明显下降。
3 主要申请人的申请量
主要申请人的申请量如图1所示。从图中可以看出，光子晶体专利主要的申请人包括京都大学、中国科学院半导体研究所、日本电话电报公司、三菱电缆、佳能、中国科学院化学研究所、三星电子和住友电子，形成了中日韩三国竞争的局面。日本京都大学的申请量世界第一，其它日本著名企业的申请量整体优势明显，体现了日本在光子晶体专利申请中的产学研优势，这与日本在新技术、新材料领域的高投入有着密不可分的关系。中国科学院半导体研究所是中国光子晶体研究的桥头堡，拥有国内领先的人才、设备优势，在学术带头人郑婉华、许兴胜的带领下，以半导体集成技术工程研究中心为依托，在光子晶体领域研究取得了丰硕的成果，光子晶体专利申请量进入世界三甲。中国科学院化学研究所则是国内顶尖的科研院所，光子晶体研究实力雄厚，在光子晶体领域同样拥有大量的专利申请。
4 主要发明人申请量
主要发明人的申请量如图2所示。日本京度大学的NODA实验室是世界著名的光子晶体研究机构，NODA教授是世界上光子晶体领域的著名科学家，几乎每年都有重要的研究成果发表在Nature、Science上，ASANO是NODA团队中的重要一员。TANAKA MASATOSHI是三菱电缆的研究人员，KUBOTA HIROKAZU和KAWANISHI SATOKI是NTT研究人员，均是光子晶体领域的重要科学家。宋延林是中国科学院化学所新材料实验室的学术带头人，王京霞是其团队成员，宋延林及其团队在聚合物光子晶体方面取得了丰硕的成果，处于国内领先地位。郑婉华是中国科学院半导体所的研究员，主要从事光子晶体激光器的研究。可以看出，中国科学家的专利申请量已经排在世界前列，中国在聚合物光子晶体和光子晶体激光器领域已经取得大量成果。
5 主要器件申请量
光子晶体器件专利申请主要包括光子晶体光纤、波导、激光器、LED、微腔、开关、传感器和滤波器。其中光子晶体光纤的申请量最大，美日欧均有成熟的产品供应，丹麦NKT Photonic是世界领先的光子晶体光纤的开发商和供应商，近年，武汉烽火通信科技股份有限公司牵头承担的光子晶体光纤国家“863”通过了验收。光子晶体LED可以显著提高出光效率，韩国高等科学技术研究院Y. H. Lee研究组报导的二维空气孔光子晶体LED，出光效率可以提高13倍。Luminus Devices是第一个销售光子晶体LED的公司。
日本NTT的基础研究实验室研制成的光子晶体微腔Q值突破了100万，基于这种振动器，NTT已经开发出转换时间为100ps的超高速光开关。自1999年加州理工学院Axel Scherer研究组第一次报道光子晶体激光器激射以来，各种结构、材料的光子晶体激光器被研制出来，包括微腔缺陷模激光器、垂直腔面发射激光器、波导激光器、带边（分布反馈）激光器、FP腔激光器、量子级联激光器、量子点激光器等。光子晶体传感器有着普通传感器难以企及灵敏度，光子晶体滤波器具有更加精确的滤波特性、更好的波长选择能力。
6 各国申请量年份分布
在2003年以前，中国专利的申请量低于美国、日本和WO的申请量，国内光子晶体的研究处于起步阶段，2003年后，随着国家支持的加强和科研人员的重视，国内光子晶体研究迅速打开了局面，创新性成果大量涌现，专利申请量迅速增加。与此同时，美日欧的专利申请量呈逐渐下降的态势，伴随着2008年金融危机的爆发，美日欧国家普遍减少了科研投入，中国则在金融危机中保持了相对的稳定，光子晶体研究仍然不断加温，2011年的专利申请量达到顶峰，同期世界各国的申请量已微不足道，中国已将远远将世界各国甩在身后，世界光子晶体的创新研究已经转移到中国。
7 总结与建议
经过国内外科学家的艰苦努力，光子晶体理论和器件的设计原理已经较为完善，但仍然需要克服光子晶体制造方面的挑战，比如制造工作在可见光波段具有完全带隙的三维光子晶体，在三维光子晶体中引入缺陷，和亚纳米量级的制造精度。虽然国内光子晶体研究已经取得了长足的进步，专利申请量已遥遥领先世界各国，但是我们应当清醒地看到自身的问题和未来技术发展的前景，笔者提出以下两点建议：
（1）认清技术发展的潮流，勇于站到技术的最前沿，不要一味地做跟随研究。国内科研人员仍缺乏足够的自信和勇气，倾向于选择国外研究热点作为研究方向。在中国国力和科研实力不断增强的今天，科研投入已处于前列，我们完全可以做别人没做的领域。
（2）进一步加强专利意识。尽管国内光子晶体的专利申请量已经很大，但是国内科研人员仍然习惯性地发表文章而不申请专利。虽然理论计算和实验性的制作是光子晶体研究的主流，但是理论计算和实验性制作往往包含了创新性的技术方案，在几十年后可能产生巨大的经济效益，应当今早寻求专利保护，以应对将来可能存在的专利纠纷。
参考文献：
[1] 王伟，侯蓝田.光子晶体光纤的现状和发展[J].激光与光电子学进展，2008，45（2）：43-51.
[2] 赵致民，许兴胜，李芳，等.光子晶体的微腔特性[J].半导体学报，2006，27（6）：1034-1036.