脈沖光纖激光器專利技術發展分析

摘 ?要：脈沖光纖激光器是激光器領域重要的激光器類型，該領域有較大的專利申請量，文章通過對脈沖光纖激光器領域的專利技術進行檢索，并對該領域的專利技術進行技術分解，梳理出該領域的技術演進路線為該領域的專利審查工作提供一定指導，分析表明脈沖光纖激光器技術經歷了主被動調Q和鎖模的起步階段、各種調Q和鎖模技術細分研究的全面發展階段以及確定被動鎖模技術為重點以及關注混合鎖模應用的快速發展階段，并給出了審查實例。

關鍵詞：激光器;脈沖;專利分析

中圖分類號：TN248 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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、激光醫療、激光全息、激光檢測與計量等技術領域有著廣泛應用，其研制一直備受高校、公司及各科研機構的關注[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、光束質量好、轉換效率高等諸多優勢，光纖激光器是當今和未來激光技術的一個重要研究方向[3，4]。光纖激光器又可分為連續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光纖激光器具有較為明顯的優勢，脈沖光纖激光器技術一直是各科研機構的研究熱點。專利審查工作需要審查人員對本領域的技術有比較深入的了解，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量，審查員對脈沖光纖激光器技術的整體把握有助于提高專利審查效率，本文對脈沖光纖激光器的發展脈絡進行梳理分析，以為審查工作提供參考。

1 ?脈沖光纖激光器的技術分解

光纖激光器的脈沖輸出主要通過調Q和鎖模實現，這兩種技術是研究熱點也是本文進行分析的重點。根據調Q和鎖模具體實現方式的不同，調Q可分為主動調Q和被動調Q，鎖模可分為主動鎖模、被動鎖模、自鎖模、同步泵浦鎖模以及混合鎖模等，參考非專利文獻并在專利數據庫CNABS和DWPI中利用分類號和關鍵詞進行檢索，通過人工篩選和標引獲得專利樣本文獻，根據脈沖形成機理對脈沖光纖激光器進行如表1所示的技術分解。

2 ?脈沖激光器技術發展分析

在專利數據庫CNABS和DWPI中利用分類號和關鍵詞進行檢索，檢索時間范圍為1984年—2016年的專利申請，通過人工篩選和標引獲得專利樣本文獻共531項，以分析脈沖光纖激光器的技術發展。

2.1 ?各技術分支專利申請分布及申請趨勢

圖1給出了根據表1的二級技術分支的專利分布，從圖1可以看出包含主動鎖模、被鎖模、自鎖模、同步泵浦鎖模以及混合鎖模的鎖模技術申請量占比大于包含主動調Q和被動調Q的調Q技術申請量，可見脈沖激光器領域的研究更側重于對鎖模技術的研究。其中被動鎖模的專利申請占比達到了55%，可見被動鎖模是脈沖光纖激光器領域的主流技術，被動鎖模技術中采用可飽和吸收體的方案被研究的最多。

圖2統計了二級技術分支的專利申請年度分布，檢索時間范圍為1984年—2016年，被動鎖模技術經過20世紀80年代至2010年的緩慢發展后申請量在2011年后迅猛增長，主動調Q和被動調Q的申請量一直穩步增長并保持較高的申請量，主動鎖模和同步泵浦鎖模較早出現但增長不明顯，一直保持著較低的申請量，自鎖模只在1993年—1995年出現了相關專利申請，之后幾乎沒有這方面的申請，說明自鎖模的應用遇到了技術瓶頸，混合鎖模的申請量在2007年后呈明顯的增長態勢，說明該項技術越來越受到申請人的關注。

2.2 ?技術發展進程

通過分類整理和剖析脈沖光纖激光器各個時期的專利文獻，可以得到如圖3所示的脈沖光纖激光器各個分支的技術演進圖，時間范圍為1984年—2016年。根據圖2的脈沖光纖激光器各個分支專利申請年度分布圖和圖3的脈沖光纖激光器各個分支的技術演進圖，可以將脈沖光纖激光器專利技術的發展進程歸納為三個主要發展階段。

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

第二階段（1993年—2009年）為全面發展階段，在該階段申請人對脈沖光纖激光器進行了更為全面的研究，在對主動調Q、被動調Q、主動鎖模、被動鎖模以及混合鎖模繼續進行研發的同時，又相繼出現了自鎖模和同步泵浦鎖模的專利申請，例如US5689519利用增益光纖雙折射效應實現了自鎖模，US2005163426采用脈沖激光源作為泵浦源實現了同步泵浦鎖模。通過擴展實現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，且在這一階段主動調Q和被動鎖模的申請相對較多，該兩分支的技術得到申請人更多的關注。對于主動調Q，從采用傳統的分離的聲光、電光調制器等逐漸發展為直接采用光纖器件進行調Q以達到降低損耗、提高輸出效率等目的，比如JPH1022560對光纖光柵反射鏡施加應力調Q;對于被動鎖模，申請人分別繼續研究了可飽和吸收體、非線性偏振旋轉鎖模，并將新型材料用于被動鎖模光纖激光器，使得結構上更簡單、功能上更強大，可以在一個激光器中實現多種類型的脈沖輸出。

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

3 ?審查案例實踐

根據以上提供的脈沖激光器技術發展分析，在審查過程中可以準確把握該領域專利申請的創新高度，快速獲取證據從而保證案件走向準確，以下給出審查實例說明。

案例申請號：2014102636986

發明名稱：可調節式可飽和吸收器件、制備方法及在時域輸出模式可調的光纖脈沖激光器上的應用

技術方案：本申請提供一種可調節式可飽和吸收器件，多種低維碳納米材料沉積或轉移到透明或者具有反射率0.1%～99.9%的光學襯底上，將該光學襯底設置在可移動或可旋轉裝置中形成所述吸收器件，并將該可調節式可飽和吸收器件應用于光纖脈沖激光器中輸出脈沖激光。

可見本申請是一種基于可飽和吸收體的脈沖光纖激光器，根據上文的技術演進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年間就已出現并成為一項成熟的技術，可以通過檢索獲得相關現有技術文件，在專利審查S系統中采用光纖激光器的分類號H01S3/067[5]，結合技術手段關鍵詞“（（飽和 s 吸收） s 碳） s （調 or 移動 or 滑動 or 旋轉 or 轉動）”，即可獲得影響本申請創造性的現有技術文件CN103247935A。

4 ?結 ?論

本文對脈沖光纖激光器的專利技術進行了檢索和分析，根據檢索結果分析了各技術分支專利申請分布及申請趨勢，梳理了脈沖光纖激光器的技術演進路線，為該領域專利審查工作以及行業發展提供了一定參考。分析表明被動鎖模是脈沖光纖激光器領域的主流技術，各科研機構在這方面大有可為。

參考文獻：

[1] 李修乾，洪延姬.高能固體激光器現狀及發展趨勢 [J].裝備指揮技術學院學報，2004（1）：101-105.

[2] 韓雪冰，吳學彥，戴磊.基于專利分析的我國固體激光器領域現狀與發展對策研究 [J].現代情報，2014，34（1）：132-136.

[3] 李文彩，龍虎，馮素娟，等.單縱模調Q脈沖光纖激光器研究進展 [J].量子電子學報，2014，31（4）：403-411.

[4] 王一礴，李進延.高功率摻鐿光纖的現狀及發展趨勢 [J].中國激光，2017，44（2）：130-139.

[5] 世界知識產權組織.國際專利分類表 [M].北京：知識產權出版社，2006.

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