专利视角下太赫兹技术发展现状

摘要

基于 public-accessible 太赫兹技术文献库 CNTXT 的数据，在研究对象为全球范围内的专利申请数量变化规律的基础上，在分类号分布特征方面展开深入探究。通过系统统计了年度专利公布数量和分类号分布情况，并进一步深入剖析了主要国际申请人所属的技术领域。针对当前国际与国内太赫兹产业的竞争格局和发展趋势进行了深入分析，并得出了我国现有太赫兹技术研发面临的主要问题及相应的对策建议。

关键词： 太赫兹; 电磁波; 专利

0****引言

处于微米波与红外线之间的太赫兹电磁波是一种尚未完全开发的频谱资源.由于其在电磁频谱中的独特位置,使其具备了许多与其他电磁频段不同的优异特性.相较于毫米Wave而言,该频段的频率更高从而能够传输更多信息并且能够显著提升通信带宽;相对光Wave而言该频段具有较低的能量更为安全且穿透性能更好因此更适合应用于图像技术和安全检查.基于目前对于该技术特性的理解该技术已在多个领域实现了应用成果.鉴于其重要的应用价值以及学术研究的重要性使得该技术已成为各国竞相研究的重点

本文以CNTXT数据库为基础,对太赫兹技术年度申请量、分类号以及国内外主要申请人等要素进行深入剖析,旨在探究该领域的发展轨迹与技术创新路径.这一研究有助于相关企业深入了解太赫兹技术专利申请的市场动态与技术趋势,从而制定科学合理的研发与布局规划.

1****不同年份太赫兹专利申请公开量分布

本段所述的数据集涵盖自2003年以来公开的日志信息

图1

图1太赫兹领域专利申请公开量年度分布

萌芽阶段（2003年至2010年）：就公开数量而言，在该阶段前五年内每年仅能获得不足10项专利授权;而自2006年起随着相关技术的发展与研究力度加大,专利授权数量显著提升,至2010年已达58件之多。就该阶段的主要申请人来看,早期的研究工作集中于以下几个方面:首先,于2003年5月23日首都师范大学向……提交了名为《基于THz波光源的红外热波检测系统》的技术方案;其次,天津大学在同一年6月26日也完成了类似的创新性研究;此外,滨松光子学株式会社、北京交通大学等高校及企业在该领域开展了多项基础研究工作。值得注意的是，在该阶段的主要专利申请人中还涵盖了中国科学院半导体研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等研究机构的身影。通过追溯相关专利的历史发展轨迹发现:在太赫兹领域相关的专利授权主体主要集中在大学、研究机构以及企业领域,而个人专利的比例相对较低

自2011年起,随着各国对太赫兹技术的关注度提升,该技术的专利申请数量从2013年开始稳步攀升至峰值水平. 数据显示,来自中国、日本及美国的申请人占据了前三名位置,**分别占据了显著地位.

稳定发展时期(自2019年至今)：伴随着太赫兹应用领域的拓展以及各国持续投入大量人力资源与物质资源，在这一时间段内 too赫兹 的专利申请数量实现了持续增长。根据图1的数据可以看出，在相邻两年间 专利申请数量出现了明显提升：相较于 2018 年的 685 件至 2019 年激增至 911 件。值得注意的是 在 2019 至 2022 年期间 too赫兹 领域内的专利申请数量始终保持在千件级别

2太赫兹专利申请中IPC****分类号分布

通过收集太赫兹领域发明专利申请数据，并遵循国际专利分类体系（IPC）对这些数据进行统计分析，则能够得出处于较高水平的分类号依次为：

G01N: 借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料;

H01Q: 天线,即无线电天线(微波加热用辐射器或天线入H05B6/72);

G02B: 光学元件、系统或仪器;

G01J: 红外辐射、可见电磁波以及紫外辐射的辐射强度、传播速度与电磁波组成,极化特性以及相位特征均被详细测量;颜色对比技术被采用作为定性分析手段;热辐射分析方法被应用用于温度测定

H01P: 波导;谐振器;传输线或其他波导型器件(工作在光频的入G02B);

基于受激辐射机制利用光放大过程实现或产生光的器件；基于除可见光以外电磁辐射范围内的受激辐射器件

G02F: 控制来自独立光源的光的亮度、色调、相位、偏振或方向的器件或装置,例如,转换器、开通路开关或调制装置;非线性光学;

H01L: 半导体器件;其他类目未包含的电固体器件;

G01V: earth sciences; gravity surveys; object detection; tracers (which are used to indicate the location of individuals buried due to accidents, such as those buried in snow, e.g., A63B29/02)

G01S: 无线电方向; 无线电定位; 使用无线电波进行距离测量或速度监测; 通过无线电波反射与再辐射实现位置确定与目标检测; 使用其他类型的波及其类似装置

H04B: 传输;

G06T: 一般的图像数据处理或产生;

G01R: 测量电变量;测量磁变量(指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12);

IPC专利数量分布如图2所示,CNTxt数据库中太赫兹领域的专利申请主要集中在G部(物理)、H部(电学)两个区域。具体而言,在G部区域内, majority of the patent applications are concentrated in areas such as G01N、G02B、G06T等子类目,其中涉及G部门的主要发明有$# IPC # 的具体数目为 项, 占据总发明数的 %;而在H部门区域,H区的主要发明集中在 H 部分下的 H 领域内

图2

如下所示为改写后的文本内容

在 toothera 领域中，中国专利申请量排名前 10 的国内申请人情况如图 3 所示。从数据来看，电子科技大学在 toothera 技术研究方面具有明显的优势。在刘盛纲院士等多位院士的支持下，电子科技大学于 2006 年正式设立 toothera 研究中心，并于 2017 年成功获批 toothera 教育部重点实验室。如今发展成为我国 toothera 科学研究的重要平台和基地，在推动 toothera 研究深入发展方面发挥了关键作用。

图3

图3太赫兹领域申请量排名前10位的国内申请人分布

自2008年9月19日起,申请人向电子科技大学提交了多项与固态微波技术相关的发明专利申请

在2019年4月9日这一天,电子科技大学提交了一项名为"基于狄拉克半金属透射光栅的多频太赫兹辐射源"的技术发明申请

On July 27, 2022, the University of Electronic Science and Technology of China submitted an invention application titled "A photonic ultra-wideband Terahertz frequency-hopping source based on optical injection-locked dynamic frequency selection." Its structure leverages a photonic frequency comb generated by the frequency collection module. Utilizes current drive signals from a frequency controller to adjust the operating frequencies of semiconductor lasers, causing the selected comb teeth to undergo corresponding adjustments. This enables selection of different channel comb teeth. The selected output light is transmitted through the halo-shaped device's third port to the collimating apparatus, which then combines it with reference light after coherent detection using an optical detector to obtain Terahertz frequency hopping signals. Compared to traditional electronic jump-frequency sources, this structure offers distinct advantages in bandwidth and flexibility for future use in advanced Terahertz communication and radar systems.

自中国计量大学自2016年6月起向国家知识产权局提交多项与太赫兹技术相关的发明专利申请以来（注：此处可替换具体发明名称），截至目前该校共提交了总计达 ²⁰⁴项与太赫齐领域相关的发明专利申请。在申请人数量方面呈现出明显的波动趋势，在连续三年保持高位（即** ²⁰¹⁶-²⁰¹⁸年间**）后，在后续三年间因受全球经济环境变化显著影响而呈现下降态势（即** ²⁰¹⁹-²⁰²²年间**）。其专利布局主要聚焦于以下几大领域：微波器件与系统设计、基于光学成像的技术创新、生物分子相互作用研究中的关键技术、以及新型材料在高频电磁波特性方面的研究。

天津大学最早在2008年向国家知识产权局提交了名为"泵浦光复用高效产生高功率太赫兹辐射脉冲源"的发明专利申请，并在其后的研究工作中取得了显著成效。其专利申请涉及新型太赫兹光源、太赫兹传感检测、微结构功能器件以及太赫兹时域频谱技术等多个领域，在上述相关领域获得了多项创新成果，并累计提交了196项专利申请

首都师范大学早在2001年就成立了太赫兹研究中心，并于2007年正式建立为教育部重点实验室以来，在该领域已经成为我国的重要研究基地。其专利申请涵盖的领域包括太赫兹波谱分析、图像成像技术以及无损检测技术和物质相互作用研究等方面。截至目前已受理专利申请147件。此外上海理工大学中国工程物理研究院上海微系统与信息技术研究院深圳市 too-perm 科技创新研究院以及上海技术物理研究院等多所高校均展现了显著的研发实力。

日本政府早在2005年1月8日就发布了《日本未来10年科技战略计划》，其中列出了10项重大关键技术，并将其作为首要任务加以推进。在政府的关注与支持下，佳能株式会社、精工爱普生株式会社、罗姆股份有限公司以及滨松光子学株式会社等企业都积极投身于对中国专利布局的研究与规划工作。从2008年8月29日起至今（截至当前），佳能株式会社共提交了48项与此相关的专利申请，并且这些机构的主要研究领域包括了用于生成及检测太赫兹波的应用装置、基于其性质进行检测的技术开发以及利用其图像信息实现成像的方法研究等

美国国家科学基金会（NSF）、国家航空航天局（NASA）以及能源部（DOE）自1995年以来就开始对太空射电技术进行大规模投资。

此外，在该领域表现不凡的各种企业包括韩国现代汽车工业株式会社以及相关科研机构，在高频探测技术领域集中力量进行研发与创新

4****太赫兹技术发展建议

就目前而言,我国在太赫兹领域的研究范围和专利申请数量获得了可喜的发展。其中,高校得益于优势学科、重点实验室等因素的支持,其专利申请量占据了主导地位。相比之下,企业的专利布局仍显劣势,在这一领域仅占少数。值得注意的是,相关专利主要集中在高校层面而非企业层面,将技术成功转化为企业应用仍需漫长的探索之路。

注

5****结束语

当前，太赫兹技术被视为前沿领域之一，在此背景下，国内外诸多创新主体均表现出浓厚兴趣。各国纷纷整合资源以制定积极的发展战略。在此背景下，在分析该领域的专利申请情况时，请帮助国内相关企业和研究机构识别未来该领域的关键发展点与趋势，并相应地做出相应的战略规划。随着我国各创新主体对专利管理意识的不断增强，在国家政策引导和支持下，我国太赫兹产业的竞争优势将进一步凸显。