禹伶潔

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100160）

1 技術(shù)背景

世界上首臺(tái)激光器是梅曼在1967年搭建的全固態(tài)紅寶石激光器，其采用閃光燈泵浦，較低的泵浦效率使輸出功率較低，此后幾十年，激光技術(shù)迅猛發(fā)展，例如氣體激光器、化學(xué)激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、自由電子激光器等相繼出現(xiàn)，并出現(xiàn)了以半導(dǎo)體激光作為固體激光器的泵浦源后，電光效率大幅提升，輸出功率隨之大幅提高，繼而在工業(yè)加工和軍事對(duì)抗等方面迅速發(fā)展。

基于激光武器及工業(yè)應(yīng)用需求，激光合束技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它是提高激光器輸出功率，減小激光源相干性的主要途徑。根據(jù)作用機(jī)理的不同激光合束分為相干合束和非相干合束。相干合束是指將N 束窄線寬光源（單頻光源最佳）進(jìn)行相干疊加，美國(guó)LaWS 和德國(guó)HEL 激光武器系統(tǒng)就基于此原理構(gòu)建，合成的光束峰值功率是單個(gè)光束峰值功率的N2 倍，其是將多路激光束經(jīng)相干控制后合成一束光，從而由許多中等功率的激光器獲得高功率的單束激光輸出。其關(guān)鍵技術(shù)是相位的鎖定。非相干合束是采用一些光學(xué)元件將各個(gè)參與合成的子光束在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)合成為一束，此方法因無需相位控制，裝置相對(duì)簡(jiǎn)單。非相干合成的方法主要有偏振合束，空間交叉合成技術(shù)以及光譜合束的方法，但是受限于衍射光柵的損傷閾值和溫度靈敏度，其既可以應(yīng)用在半導(dǎo)體激光器中，也可應(yīng)用在光纖激光器中。而在提高輸出功率的同時(shí)，保證光束質(zhì)量不惡化也是應(yīng)用中需要考慮的問題，而非相干合束中的偏振合束技術(shù)，可在不改變光束質(zhì)量的情況下將功率和亮度翻倍受到廣泛研究[1-3]。

2 技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 技術(shù)分解

該文選擇CNABS 和DWPI 檢索數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)檢索所獲得的該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析研究，對(duì)激光合束技術(shù)研究涉及的技術(shù)進(jìn)行分解。有關(guān)激光合束技術(shù)的專利申請(qǐng)與科研單位的研究方向相同，也是基于相干合束與非相干合束兩大方面，同時(shí)又根據(jù)不同的合束方法下的分支，對(duì)鎖相技術(shù)合束及激光束的合成疊加多個(gè)方向進(jìn)行專利申請(qǐng)。

2.2 激光合束技術(shù)的專利申請(qǐng)情況

該次檢索時(shí)間截至2018年12月31 日，經(jīng)檢索和人工篩選，最終確定的涉及激光合束技術(shù)研究的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)1 455 項(xiàng)，來自25 個(gè)國(guó)家或地區(qū)的總計(jì)735 多位申請(qǐng)人，總體發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)增長(zhǎng)狀態(tài)。

2.2.1 申請(qǐng)量年度分布

圖1 顯示了激光合束技術(shù)申請(qǐng)量的年度分布，紅色顯示了全球范圍內(nèi)激光合束技術(shù)申請(qǐng)量的年度分布，綠色曲線則表示了在中國(guó)范圍內(nèi)申請(qǐng)量的年度分布。

從圖1 中可以看出，在全球范圍內(nèi)，激光合束技術(shù)專利申請(qǐng)量總體上呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)。在1990年以前，有關(guān)激光合束技術(shù)的專利申請(qǐng)以國(guó)外申請(qǐng)為主，國(guó)內(nèi)未見相關(guān)專利申請(qǐng)。之后外國(guó)申請(qǐng)量以平均每年幾件的速度緩慢增長(zhǎng)，外國(guó)專利的申請(qǐng)量變化較小，直至2015年才突破100 件，說明國(guó)外對(duì)激光合束技術(shù)的研究一直在持續(xù)；我國(guó)1997年才出現(xiàn)第一件有關(guān)激光合束技術(shù)的專利申請(qǐng)，之后以每年十幾件的速度增長(zhǎng)，直至2011年申請(qǐng)量突破20 件，并在之后逐年快速增長(zhǎng)，原因可能為我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事業(yè)發(fā)展較晚，人們對(duì)于專利申請(qǐng)的流程、專利保護(hù)制度和優(yōu)勢(shì)了解甚少，導(dǎo)致大多數(shù)研究人員將研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊中，鮮有申請(qǐng)專利的，但是到了2011年之后，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)數(shù)量開始迅速增長(zhǎng)，也越來越與國(guó)際申請(qǐng)量相近，這說明中國(guó)的企業(yè)以及研究院所這些主要?jiǎng)?chuàng)新主體越來越重視激光合束技術(shù)研究的專利保護(hù)。全球總體有關(guān)激光合束技術(shù)的申請(qǐng)量是逐年增加的，說明工業(yè)應(yīng)用中對(duì)高功率激光器的需求越來越大，各國(guó)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視程度，從而導(dǎo)致全球?qū)＠暾?qǐng)態(tài)勢(shì)的高走。而2007年開始，外國(guó)申請(qǐng)量逐漸趨于平穩(wěn)，回歸到一個(gè)較為平穩(wěn)的階段，這是由于激光合束技術(shù)在前已有大量的專利，已經(jīng)從眾多研究方向和角度對(duì)激光合束進(jìn)行了深入的研究，以至于該技術(shù)到了創(chuàng)新難度較大的發(fā)展階段，2011年開始，全球申請(qǐng)量主要的增長(zhǎng)均是源于中國(guó)的專利申請(qǐng)量的增加，說明我國(guó)對(duì)推動(dòng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)有著重要作用。

2.2.2 申請(qǐng)來源國(guó)分布

國(guó)專利申請(qǐng)的數(shù)量能夠在一定程度上反映出該國(guó)如企業(yè)、研究團(tuán)體、個(gè)人等創(chuàng)新主體在激光合束技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)水平以及研發(fā)能力。截止到2018年12月31 日，我們統(tǒng)計(jì)激光合束技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)的來源國(guó)分布如圖2 所示。

圖2 各國(guó)專利申請(qǐng)量對(duì)比

從圖2 可以看出，來源于中國(guó)和美國(guó)這兩個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)占據(jù)了全球?qū)＠暾?qǐng)量的絕大部分，共占據(jù)了全球?qū)＠暾?qǐng)的62.3%，其中中國(guó)的專利申請(qǐng)量后來居上，雖然發(fā)展較晚，但成為占全球申請(qǐng)總量最多的國(guó)家，可見，中國(guó)在激光合束技術(shù)專利布局上面已經(jīng)占據(jù)了一定優(yōu)勢(shì)地位。這不僅與我國(guó)越來越多創(chuàng)新主體將研發(fā)投入到該領(lǐng)域有關(guān)，同時(shí)也與我國(guó)鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)造的相關(guān)制度有關(guān)，專利保護(hù)得到了更多的關(guān)注。

2.2.3 國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人分析

圖3 全球激光合束技術(shù)分支分析

我們繼續(xù)對(duì)國(guó)內(nèi)涉及的激光合束技術(shù)專利申請(qǐng)的創(chuàng)新主體進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖3 所示。從圖3 中可以看出，國(guó)內(nèi)的主要申請(qǐng)人是高校和研究所，這些申請(qǐng)人中的大部分不僅申請(qǐng)了專利，相關(guān)內(nèi)容也同樣在學(xué)術(shù)論文中發(fā)表。早些年，科研學(xué)者對(duì)專利審查中現(xiàn)有技術(shù)的概念還不太了解，導(dǎo)致有些學(xué)者先發(fā)表論文，然后將相同或非常相似的內(nèi)容再申請(qǐng)專利，因此由于其本人在先發(fā)表的論文構(gòu)成在后申請(qǐng)專利的現(xiàn)有技術(shù)，導(dǎo)致專利喪失新穎性或創(chuàng)造性的情況屢屢發(fā)生，然而隨著申請(qǐng)人對(duì)專利法的理解更加深入，這種情況也就很少甚至不會(huì)發(fā)生了，大家都知道了要先申請(qǐng)專利再發(fā)表論文。在國(guó)內(nèi)激光合束技術(shù)專利申請(qǐng)的創(chuàng)新主體中，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所獨(dú)占鰲頭，電子科學(xué)技術(shù)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、華中科技大學(xué)、中科院半導(dǎo)體所和深圳大學(xué)、清華大學(xué)的申請(qǐng)量緊隨其后。

2.3 全球激光合束技術(shù)分支分析

根據(jù)不同合束方法可知，其分為相干合束和非相干合束。相干合束中，有關(guān)混合式鎖相技術(shù)的申請(qǐng)量最大，其通常利用光電分離的方法，激光陣列激光相互耦合，從而提高激光輸出功率。而非相干合束中的偏振合束可在不改變光束質(zhì)量的情況下將功率和亮度翻倍受到廣泛研究，其不僅在學(xué)術(shù)研究中體現(xiàn)，在專利申請(qǐng)量中也可提現(xiàn)，有關(guān)激光偏振合束的技術(shù)多達(dá)500 項(xiàng)，占全部激光合束技術(shù)的34%。而有關(guān)波導(dǎo)合束的專利申請(qǐng)，由于其難度復(fù)雜及成本高的原因，僅有14 件申請(qǐng)，申請(qǐng)量較小。

3 結(jié)語

近年來，國(guó)內(nèi)在激光合束技術(shù)領(lǐng)域的投入越來越大，雖然起步較晚，但在全球申請(qǐng)量仍占有一定優(yōu)勢(shì)。該文詳細(xì)梳理了激光合束技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量隨年度的變化、技術(shù)來源國(guó)、國(guó)內(nèi)重點(diǎn)申請(qǐng)人及其技術(shù)分支進(jìn)行分析，最后結(jié)合重點(diǎn)專利進(jìn)行說明，基本理清了該技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并掌握了該領(lǐng)域的重要專利的基本信息。