在新科技突飛猛進(jìn)的今天，光通信新技術(shù)、新產(chǎn)品日新月異，光纖光纜及通信電纜技術(shù)必將獲得前所未有的巨大發(fā)展。本文從國內(nèi)外專利分析的角度對國內(nèi)外光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析研究。
引言
光通信因其頻帶寬、容量大、中繼距離長、抗干擾性強(qiáng)、保密性強(qiáng)等特點得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)90年代以來，光通信已成為各國電信業(yè)務(wù)傳輸?shù)闹饕侄?。?000年底，全世界光纖用量累計已達(dá)3億公里，光傳輸系統(tǒng)設(shè)備的市場規(guī)模超過110億美元。國際上，光通信產(chǎn)品制造業(yè)已實現(xiàn)集約化大生產(chǎn)，主要產(chǎn)品的生產(chǎn)集中于十幾家大公司手中 1999年全球光纖產(chǎn)量約6700萬公里，僅康寧、朗訊、阿爾卡特三大公司就占了總產(chǎn)量的60％。在光傳輸系統(tǒng)設(shè)備方面，阿爾卡特、北方電信和朗訊三公司占據(jù)了50％ 的市場份額。
光通信產(chǎn)業(yè)涉及的技術(shù)領(lǐng)域較為廣泛，包括光電子、微電子、計算機(jī)和通信等產(chǎn)業(yè)，因此產(chǎn)業(yè)鏈條很長。一般而言，光通信產(chǎn)業(yè)包括了從上游的光纖光纜到終端的光接入網(wǎng)等環(huán)節(jié)，從產(chǎn)業(yè)鏈的角度可以劃分為四個部分：光纖光纜、光通信器件、光網(wǎng)絡(luò)模塊和光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。20世紀(jì)30年代前，通信傳輸設(shè)備基本上是通過鐵線、銅線、銅包鋼線、平衡電纜和同軸電纜等傳輸信號的。由于這些線材具有容量和傳輸距離有限的先天不足，很快它們成為了通信發(fā)展的瓶頸。1966年7月，世界著名的華裔專家高餛博士在英國發(fā)表了一篇題為"光頻紡介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)"的論文，創(chuàng)造性地提出了用玻璃制成損耗為20 db/km 的光纖，以支持長距離、大容量信息傳輸?shù)乃枷?，這一年被認(rèn)為是光纖通信元年。經(jīng)過50多年的發(fā)展，光纖通信已是各種通信網(wǎng)的主要傳輸方式，歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把光通信放在了國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位?，F(xiàn)在光纖的使用已不只限于陸地，光纜已廣泛鋪設(shè)到了大西洋、太平洋海底，這些海底光纜使得全球通信變得非常簡單快捷。現(xiàn)在不少發(fā)達(dá)國家又把光纜鋪設(shè)到住宅前，實現(xiàn)了光纖到辦公室和家庭的接入。
上世紀(jì)70年代，國外的低損耗光纖獲得突破以后，我國從1974年開始了低損耗光纖和光通信的研究工作，并于上世紀(jì)70年代中期研制出低損耗光纖和室溫下可連續(xù)發(fā)光的半導(dǎo)體激光器。1979年分別在北京和上海建成了市話光纜通信試驗系統(tǒng)，這比世界上第一次現(xiàn)場試驗只晚了兩年多。這些成果是我國光通信研究的良好開端，并使我國成為當(dāng)時少有的擁有光纜通信系統(tǒng)試驗段的幾個國家之一。到上世紀(jì)80年代末，我國的光通信的關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前，我國已經(jīng)形成了較完整的光通信產(chǎn)業(yè)體系，涵蓋了光纖、光傳輸設(shè)備、光源與探測器件和光電器件等領(lǐng)域。
1 國外光通信專利技術(shù)發(fā)展態(tài)勢
截止2011年12月31日，通過Derwent手工代碼與關(guān)鍵詞組配、限定學(xué)科范圍等手段，在Derwent世界專利索引和專利引文數(shù)據(jù)庫中共檢索到專利族41711條數(shù)據(jù)(提取自2000年開始申請的專利數(shù)據(jù))。
1.1 總體發(fā)展態(tài)勢
圖1中，藍(lán)色曲線表示年度專利申請的數(shù)量，由于我們采集的數(shù)據(jù)為已經(jīng)公開的專利數(shù)據(jù)，而專利從申請到公開有時滯，因此2010-2011年的數(shù)據(jù)并未反映實際申請數(shù)。由圖1可知，近10年內(nèi)，國外光通信專利申請比較活躍。每年均有數(shù)千專利在申請，尤其是從2002年開始，申請數(shù)量增長較快。2006年以后，申請數(shù)量有所下降，但依然保持一定的平穩(wěn)。
圖1 光通信國外專利數(shù)量的年度走勢
1.2 主要專利權(quán)人
光通信主要申請人全球排名如圖2所示。依據(jù)數(shù)量高低，排名依次為：日本電信電話株式會社、富士通、NEC、住友電氣、三菱電氣、京瓷、古河電工、朗訊、華為、松下電器。由企業(yè)排名可知，日本在光通信技術(shù)上占據(jù)重要地位。在全球?qū)＠暾埲伺琶笆坏钠髽I(yè)中，日本公司占到8家，其實力可見一斑。此外，國內(nèi)華為公司也具競爭實力，在前十名中名列第九位。
圖2 國外光通信專利前十位專利權(quán)人
1.3 光通信技術(shù)的研發(fā)重點和熱點
采用Aureka軟件的數(shù)據(jù)挖掘功能繪制技術(shù)的重點和熱點分布地形圖(如圖3)。圖中等高線山脈表示國際技術(shù)的研發(fā)重點，其重要程度用顏色加以區(qū)分，由淺咖啡色、灰色到白色，依次增強(qiáng)。由圖可知，在光通信領(lǐng)域中，國際上對波長多路輸出、網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)連接器、光纖、接收設(shè)備等技術(shù)進(jìn)行了重點研發(fā)。
圖3 光通信國際專利技術(shù)的研發(fā)重點和熱點分布圖
2 國內(nèi)光通信專利技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢
截止2011年12月31日，通過中國中獻(xiàn)智泉的專利信息分析系統(tǒng)，利用關(guān)鍵詞、IPC分類號等組培手段，共提取中國專利數(shù)據(jù)9038條。經(jīng)過人工篩選、增加，最終獲得中國專利數(shù)據(jù)6563條。
2.1 總體趨勢
圖4中，藍(lán)色曲線表示年度專利申請的數(shù)量，紅色曲線表示年度專利公開的數(shù)量。由于采集的數(shù)據(jù)為已經(jīng)公開的專利數(shù)據(jù)，而專利從申請到公開一般需要18個月的時間，因此2011-2011年的數(shù)據(jù)并未反映實際申請數(shù)。由圖4可知，我國光通信專利申請始于20世紀(jì)80年代，在之后的20年時間里申請量較少，沒有大量的發(fā)展。大規(guī)模申請從本世紀(jì)初開始，尤其是2001年增長比較顯著，這一迅猛發(fā)展勢頭一直持續(xù)至今。
圖4 光通信中國專利數(shù)量的年度走勢
2.2 技術(shù)生命周期
從圖5可以看出，從1989年開始到1998年，光通信專利數(shù)量和申請人數(shù)較少且增長緩慢。此階段為技術(shù)萌芽階段，企業(yè)進(jìn)入意愿低，專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量均很少。從2003年開始，光通信技術(shù)專利的數(shù)量和申請人數(shù)開始迅速增加，大量申請人進(jìn)入該領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。這一階段技術(shù)進(jìn)入了技術(shù)成長階段。目前，光通信技術(shù)仍然處于成長期。#p#分頁標(biāo)題#e#
2.3 主要環(huán)節(jié)分布
圖6 光通信中國專利各環(huán)節(jié)的專利分布
圖6為我國光通信專利產(chǎn)業(yè)鏈上4個環(huán)節(jié)的分布情況。由圖可以看出，光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與光通信器件在我國申請了較多的專利。相比之下，光纖光纜和光網(wǎng)絡(luò)模塊方面的專利較少。這于我國的光纖及光網(wǎng)絡(luò)模塊產(chǎn)品技術(shù)落后于國外的現(xiàn)狀較為吻合。
2.4 主要申請人分布
由圖7可知，國內(nèi)兩大通信巨頭中興華為申請的中國專利數(shù)量明顯領(lǐng)先于排名在其后的企業(yè)。企業(yè)與高校數(shù)量在前十名中的比重為7:3。可見，企業(yè)依然是該領(lǐng)域的申請主體。
圖7 中國光通信專利申請人前十名
2.5 主要申請國家分布
圖8 光通信中國專利申請國家分布
由圖8可知，在該領(lǐng)域的專利申請中，除中國之外，來華申請較多的國家包括美國、日本、法國、意大利等。這與朗訊、康寧、住友、日立、阿爾卡特等一些著名大公司在中國無不有密切的關(guān)系。
2.6 申請省市分布
由圖9可知，國內(nèi)申請前五位的省市分別為廣東省、上海市、北京市、江蘇省、湖北省。這五個省市分別有一些代表申請人：廣東的華為、中興通信；上海的交大、貝爾；北京的北郵；江蘇的長飛光纖光纜、亨通；湖北的烽火?？梢姡虾！⒈本┲饕愿咝Ｑ邪l(fā)為主，專利轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化稍困難；而廣東、江蘇、湖北以企業(yè)本身研發(fā)為主，因此有利于產(chǎn)業(yè)化。
圖9 光通信中國專利申請地區(qū)分布
3 國內(nèi)外專利分布及優(yōu)劣總結(jié)
3.1 時間分布
從時間分布上看，近十年來，國內(nèi)外光通信領(lǐng)域申請了大量的專利，較之上世紀(jì)末20年，數(shù)量顯著增加，這一迅猛勢頭一直持續(xù)至今。
3.2 地域分布
從地域分布上看，光通信領(lǐng)域的研發(fā)主要集中在日本、美國、法國、中國、韓國等國家。它們是研發(fā)活動最為活躍的幾個國家。其中，從國外專利申請情況來看，日本企業(yè)的專利申請非常活躍。
3.3 技術(shù)分布
3.3.1 光纖光纜
在上游光纖光纜部分，我國與國外尚有較大差距。具體而言，國外專利側(cè)重光纖傳輸機(jī)理與光纖結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、光傳輸質(zhì)量的提高、光傳輸距離的延長、光傳輸容量的擴(kuò)展、光纖預(yù)制棒和光纖加工工藝的創(chuàng)新與改進(jìn)。我國專利大部分集中于光纜結(jié)構(gòu)與裝配，技術(shù)的原創(chuàng)度很弱。
3.3.2 光通信器件
在該環(huán)節(jié)上，我國多數(shù)光通信器件產(chǎn)品的研發(fā)水平已接近于發(fā)達(dá)國家，主要體現(xiàn)在波分復(fù)用器和光放大器等產(chǎn)品之上。與外國的差距主要體現(xiàn)在發(fā)光器件、光耦合器等核心元件上。
3.3.3 光網(wǎng)絡(luò)模塊
在光網(wǎng)絡(luò)模塊上，我國專利申請的內(nèi)容主要集中在技術(shù)水平較低的外圍元件方面，如尾纖、熱電致冷器和溫控電路等。高端的模塊專利和核心元件技術(shù)大部分均為外國申請。其中，光模塊芯片技術(shù)完全為國外企業(yè)所掌握。
3.3.4 光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
在下游光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，我國技術(shù)水平較高，已處于甚至領(lǐng)先全球先進(jìn)水平。華為、中興和烽火等都是全球著名的光通信設(shè)備提供商，具備一流的技術(shù)水平。
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