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(guó)內(nèi)外專利分析的角度對(duì)國(guó)內(nèi)外光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)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(zhǎng)、抗干擾性強(qiáng)、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)90年代以來(lái)，光通信已成為各國(guó)電信業(yè)務(wù)傳輸?shù)闹饕侄?。?000年底，全世界光纖用量累計(jì)已達(dá)3億公里，光傳輸系統(tǒng)設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)110億美元。國(guó)際上，光通信產(chǎn)品制造業(yè)已實(shí)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(wàn)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(chǎng)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(jì)算機(jī)和通信等產(chǎn)業(yè)，因此產(chǎn)業(yè)鏈條很長(zhǎng)。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(gè)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(guò)鐵線、銅線、銅包鋼線、平衡電纜和同軸電纜等傳輸信號(hào)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(guó)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(zhǎng)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(guò)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(guó)家已經(jīng)把光通信放在了國(guó)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(jiǎn)單快捷。現(xiàn)在不少發(fā)達(dá)國(guó)家又把光纜鋪設(shè)到住宅前，實(shí)現(xiàn)了光纖到辦公室和家庭的接入。

        上世紀(jì)70年代，國(guó)外的低損耗光纖獲得突破以后，我國(guó)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(yàn)系統(tǒng)，這比世界上第一次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)只晚了兩年多。這些成果是我國(guó)光通信研究的良好開端，并使我國(guó)成為當(dāng)時(shí)少有的擁有光纜通信系統(tǒng)試驗(yàn)段的幾個(gè)國(guó)家之一。到上世紀(jì)80年代末，我國(guó)的光通信的關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。目前，我國(guó)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(cè)器件和光電器件等領(lǐng)域。

1 國(guó)外光通信專利技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

        截止2011年12月31日，通過(guò)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(kù)中共檢索到專利族41711條數(shù)據(jù)(提取自2000年開始申請(qǐng)的專利數(shù)據(jù))。

1.1 總體發(fā)展態(tài)勢(shì)

        圖1中，藍(lán)色曲線表示年度專利申請(qǐng)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(qǐng)到公開有時(shí)滯，因此2010-2011年的數(shù)據(jù)并未反映實(shí)際申請(qǐng)數(shù)。由圖1可知，近10年內(nèi)，國(guó)外光通信專利申請(qǐng)比較活躍。每年均有數(shù)千專利在申請(qǐng)，尤其是從2002年開始，申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)較快。2006年以后，申請(qǐng)數(shù)量有所下降，但依然保持一定的平穩(wěn)。

圖1 光通信國(guó)外專利數(shù)量的年度走勢(shì)

1.2 主要專利權(quán)人

        光通信主要申請(qǐng)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(huì)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?qǐng)人排名前十位的企業(yè)中，日本公司占到8家，其實(shí)力可見一斑。此外，國(guó)內(nèi)華為公司也具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，在前十名中名列第九位。

圖2 國(guó)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(diǎn)和熱點(diǎn)

        采用Aureka軟件的數(shù)據(jù)挖掘功能繪制技術(shù)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)分布地形圖(如圖3)。圖中等高線山脈表示國(guó)際技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)，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(guó)際上對(duì)波長(zhǎng)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(diǎn)研發(fā)。

圖3 光通信國(guó)際專利技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)和熱點(diǎn)分布圖

2 國(guó)內(nèi)光通信專利技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

        截止2011年12月31日，通過(guò)中國(guó)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(hào)等組培手段，共提取中國(guó)專利數(shù)據(jù)9038條。經(jīng)過(guò)人工篩選、增加，最終獲得中國(guó)專利數(shù)據(jù)6563條。

2.1 總體趨勢(shì)

        圖4中，藍(lán)色曲線表示年度專利申請(qǐng)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(qǐng)到公開一般需要18個(gè)月的時(shí)間，因此2011-2011年的數(shù)據(jù)并未反映實(shí)際申請(qǐng)數(shù)。由圖4可知，我國(guó)光通信專利申請(qǐng)始于20世紀(jì)80年代，在之后的20年時(shí)間里申請(qǐng)量較少，沒(méi)有大量的發(fā)展。大規(guī)模申請(qǐng)從本世紀(jì)初開始，尤其是2001年增長(zhǎng)比較顯著，這一迅猛發(fā)展勢(shì)頭一直持續(xù)至今。

圖4 光通信中國(guó)專利數(shù)量的年度走勢(shì)

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(qǐng)人數(shù)較少且增長(zhǎng)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(qǐng)數(shù)量和申請(qǐng)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(qǐng)人數(shù)開始迅速增加，大量申請(qǐng)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(zhǎng)階段。目前，光通信技術(shù)仍然處于成長(zhǎng)期。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2.3 主要環(huán)節(jié)分布

圖6 光通信中國(guó)專利各環(huán)節(jié)的專利分布

        圖6為我國(guó)光通信專利產(chǎn)業(yè)鏈上4個(gè)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(guó)申請(qǐng)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(guó)的光纖及光網(wǎng)絡(luò)模塊產(chǎn)品技術(shù)落后于國(guó)外的現(xiàn)狀較為吻合。

2.4 主要申請(qǐng)人分布

        由圖7可知，國(guó)內(nèi)兩大通信巨頭中興華為申請(qǐng)的中國(guó)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(qǐng)主體。

圖7 中國(guó)光通信專利申請(qǐng)人前十名

2.5 主要申請(qǐng)國(guó)家分布
 

圖8 光通信中國(guó)專利申請(qǐng)國(guó)家分布

        由圖8可知，在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中，除中國(guó)之外，來(lái)華申請(qǐng)較多的國(guó)家包括美國(guó)、日本、法國(guó)、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(guó)無(wú)不有密切的關(guān)系。

2.6 申請(qǐng)省市分布

        由圖9可知，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)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(gè)省市分別有一些代表申請(qǐng)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(zhǎng)飛光纖光纜、亨通；湖北的烽火?？梢?，上海、北京主要以高校研發(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(guó)專利申請(qǐng)地區(qū)分布

3 國(guó)內(nèi)外專利分布及優(yōu)劣總結(jié)

3.1 時(shí)間分布

        從時(shí)間分布上看，近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外光通信領(lǐng)域申請(qǐng)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(shì)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(guó)、法國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家。它們是研發(fā)活動(dòng)最為活躍的幾個(gè)國(guó)家。其中，從國(guó)外專利申請(qǐng)情況來(lái)看，日本企業(yè)的專利申請(qǐng)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(guó)與國(guó)外尚有較大差距。具體而言，國(guó)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(zhǎng)、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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)專利申請(qǐng)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(guó)申請(qǐng)。其中，光模塊芯片技術(shù)完全為國(guó)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(guó)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。