中国特許翻訳、翻訳チェックのプロフェッショナルチームが発信する中国知的財産権情報です。

高速光変調器の特許出願に関する動向分析

高速通信システムでは十分な変調帯域、低駆動電圧及び高飽和出力が光変調器に求められるほか、高消光比、低チャーピング、低挿入損失及び低偏光依存性も重要な要素となっている。信頼性のある外部変調器として、LiNbO3-MZ変調器は高速、低チャーピングの伝送信号を生成することができ、その上、特性と波長とは関係がなく、LiNbO3-MZ変調器は現在広く利用されている信頼性の高い外部変調器であり、伝送速度40G/100Gの波長分割多重通信(WDM)伝送システムに利用されている。LiNbO3-MZ変調器はMZ光導波路及びTW変調電極をLiNbO3チップ上に作るものなので、高速システムを設計する場合、駆動電圧、光電信号及び速度整合、特性インピーダンス、電気信号の減衰定数、変調帯域、波長チャープ量及び挿入損失等の種々の要素を考慮する必要がある。本稿は関係企業にサポートとして提供するようにこの技術を分析したものである。

外国技術が一時的にトップとなる

図1 100G光変調器の特許出願件数の推移(省略)
図2 高速光変調器分野の主な特許出願人分布図(省略)

高速光送信モジュールの変調器技術の特許出願は、全体的に明らかな増加傾向があり、その増加傾向が安定している。図1から分かるように、1999年~2006年は出願人による特許出願件数の伸び率は大きくなかったが、2007年~2013年は特許出願件数量が明らかに増加し始めており、なお、2012年~2013年は特許出願件数の増加傾向が更に強くなっている。2014年及び2015年の統計データは出願と公開とのずれがあるので、この2年間の統計データはおそらく完全ではない。しかし、高速光送信モジュールの変調器の技術分野の特許出願は増加傾向を維持すると見込まれている。
また、高速光送信モジュールの変調器の技術分野における最初に出願した国の分布から、米国及び日本が依然としてこの分野の主な先駆者であることがわかる。この分野における発明特許出願の米国の割合は32%に達しており、世界の1/3近くになる。関連の分野における発明特許出願の日本の割合も25%に達している。しかし、更に言及すると、100G光送信モジュールの変調器の技術分野における中国の発明特許出願件数も同様に相当大きな割合、すなわち、世界の出願件数全体の19%を占めて、欧洲(7%)及び韓国(5%)等の国及び地域を引き離しており、中国が移動及び光通信分野において強い競争力を持っていることも実証されている。
図2からわかるように、世界範囲でみると、日本及び米国が高速光送信モジュールの変調器の技術分野の主な出願人である。日本電信電話株式会社(21%)、富士通(18%)及びセイコーエプソン(18%)が上位3社である。

イノベーションを強化して発展を図る
高速光送信モジュールの変調器は次世代高速伝送技術として、業界で研究開発が始まってから採用に至るまでに10年未満しかかかっていない。近年、高周波モジュールの溶接の構造設計及び溶接技術、導管の溶接の構造設計及び一部非メッキ技術、金錫同期溶接技術設計分野の発展に伴って、業界では一般に100G光変調器技術が2015年に異彩を放つと予測されている。
日本電信電話株式会社が日本の特許出願を優先権の基礎として2009年10月9日に中国に「光半導体モジュールおよびその組立方法」(出願番号:CN200980140125)の特許を出願した。この特許出願では、高周波モジュールを組み立てる際に自己位置決めする溶接構造設計が採用されており、高周波モジュールと取付孔との緊密な公差整合によって、同軸度及び高い位置精度に対する高周波モジュールの要件が満たされると共に、段差孔の設計から複雑な金錫溶接金型の設計をなくして、モジュールが自重で位置決めを実現することができるようになり、製品の位置精度に対する金型設計の影響が低減された。
また、導管の溶接の構造設計及び一部非メッキ技術も特許出願人の重要な関心事の一つとなっている。日本のセイコーエプソン株式会社が日本の特許出願(JP2002-247432及びJP2003-184236)を優先権の基礎として2003年8月27日に中国に「光変調装置、光変調装置を備えた光学装置、およびこの光変調装置または光学装置を備えるプロジェクタ」の特許を出願した。この特許出願では、変調器における光信号の伝送が光ファイバーの出入力によって実現されており、金属導管と光ファイバーとの溶接により、変調器パッケージの密封が実現された上に、光ファイバーに固定効果ももたらされた。したがって、金属導管の溶接の構造設計では光ファイバーの溶接の技術要件を考える必要がある。
また、金錫同期溶接技術設計も変調器のコア技術である。日本のTDK株式会社が日本の特許出願(JP2002-70576及びJP2002-157098)を優先権の基礎として2003年3月14日に中国に「光デバイス及びファラデー回転子の製造方法、光デバイス並びに光通信システム」(出願番号:CN200610002540)の特許を出願した。この特許出願では、金錫同期溶接技術設計が次の2つの点から考えられている。一つは、光ファイバーの特殊溶接の技術要件による導管内部の一部非メッキであるが、ベースを一部メッキした後にメッキ導管用溶接材料と突合せ溶接する方法によって実現する必要がある。もう一つは低周波信号の伝送部分の高密度の設計要件を鑑みてピッチ1.27mmで0.38mm×0.38mmのフレームリードを採用することであり、通常のステンレスプレス封止によって直接熔封する構造では密封の信頼性を保証することができないので、フレームリードによってコバールシートと予め整合封止しておき、熔封後の低周波リードモジュールと高周波モジュール及びメッキ導管とを金錫同期溶接する。
最近、100G以上の高速通信システムにおいて規格制定、機器の研究開発、テスト検証及び商業化準備等の点で大きな進展を得ており、2016年には高速光変調器の機器の消費電力、ボリューム及び性能等の多方面で大きく向上する見込みであり、新しいテスト検証が始まる。光デバイス全体の発展の軌跡を見渡すと、光変調器が集積化(互換化)、高速化、マイクロ化に向かうことが窺える。光伝送システム及びネットワークの複雑性が引き続き進行するのに伴って、更に高速で稳定した光変調器が求められるのは必須であり、マイクロ波信号の高い直線性、低い歪み、長距離光ファイバー伝送を実現すると同時に、新しい光変調器及びパッケージが上記の条件を満たすとともにこれを基礎として改良されることは間違いなく、したがって、中国の国内企業はうまくチャンスをつかみ、投資を拡大し、技術を向上させて、将来の超高速光通信システムにおいてより大きな役割を発揮すべきである。(知識産権報 饒俊 馬欣)

2015-09-23

关于高速光调制器专利申请的态势分析

高速通信系统要求光调制器具有足够的调制带宽、低驱动电压和高饱和功率,此外,高消光比、低啁啾、低插入损耗和低偏光依存性也是其重要因素。作为一种具有可靠性的外调制器,LiNbO3-MZ调制器可以生成高速、低啁啾的传输信号,而且特性与波长没有关系,LiNbO3-MZ调制器是目前得到广泛应用的高可靠外调制器,已经应用于40G/100G信道速率的波分复用(WDM)传输系统。由于LiNbO3-MZ调制器是在LiNbO3晶片上制作MZ光波导和TW调制电极而构成的,因此,在设计高速系统时,需要考虑驱动电压、光电信号速度匹配、特性阻抗、电信号的衰减常数、调制带宽、波长啁啾量和插入损耗等各种因素。本文笔者拟对相关技术进行分析,以资为相关企业提供帮助。

国外技术暂领先
高速光发射模块中调制器技术专利申请,从整体来看呈明显的上升趋势,且增长态势平稳。从图1可以看出,在1999年至2006年之间,申请人提交专利申请量涨幅不大,但在2007年至2013年的专利申请量开始明显上升,其中,2012年至2013年,专利申请量更是呈现了强劲上升的势头。由于2014年和2015年的统计数据存在滞后性,因此,这2年的统计数据可能不完全。不过,可以预见,申请人在高速光发射模块中调制器技术领域的专利申请将保持增长势头。
此外,从高速光发射模块中调制器技术领域提交专利申请的专利原创国分布来看,美国和日本依然是该领域主要的领先者,其中,美国在该领域提交的发明专利申请占比达到32%,接近该领域在全球范围专利申请数量的1/3;日本在相关领域提交的发明专利申请占比也达到25%。不过,需要指出的是,中国在100G光发射模块中调制器技术领域提交的发明专利申请数量,同样占到相当高的比例,占全球申请总量的19%,领先欧洲(7%)与韩国(5%)等国家和地区,这也印证了我国在移动和光通信领域的技术具有很强的竞争力。
从图2可以看出,在全球范围内看,日本和美国作为高速光发射模块中调制器技术领域的主要申请人。日本电信电话株式会社(NITE)、富士通(FUIT)以及精工爱普生(SHIH)位列前三甲,分别为21%、18%、18%。

加强创新谋发展
高速光发射模块中调制器作为下一代高速传输技术,业界从开始研发至今采用,仅用不到10年时间。近年来,随着人们在高频组件焊接结构设计和焊接工艺、导管焊接结构设计和局部不镀工艺、金锡同步焊接工艺设计领域的发展,业内普遍预计100G光调制器技术将在2015年大放异彩。
2009年10月9日,日本电信电话株式会社、东芝株式会社以日本专利申请为优先权基础向我国提交了专利申请“光半导体组件及其组装方法”(申请号:CN200980140125)。在该专利申请中,高频组件装配时采用自定位的焊接结构设计:通过高频组件与安装孔的紧密公差配合,满足高频组件对同轴度和高位置精度的要求;同时,台阶孔的设计免去了复杂的金锡钎焊模具设计,组件利用自重即可实现定位,降低了模具设计对于产品位置精确度的影响。
此外,导管焊接结构设计和局部不镀工艺,也成为专利申请人的重要关注点之一。2003年8月27日,日本富士通株式会社以日本专利申请(JP247432/2002 20020827和JP184236/2003 20030627)为优先权基础向我国提交了专利申请“光调制装置、具有光调制装置的光学装置和具有该光调制装置或光学装置的投影仪”。该专利申请中,调制器中光信号的传输是通过光纤的输入输出实现的,金属导管与光纤的焊接,既实现了调制器封装的密封,又对光纤起到了固定的效果。因此,金属导管的钎焊结构设计需要考虑光纤的焊接工艺要求。
此外,金锡同步焊接工艺设计也是调制器发展的核心技术。2003年3月14日,日本TDK株式会社以日本专利申请(JP70576/2002 20020314和JP157098/2002 20020530)为优先权基础向我国提交了专利申请“光学器件与法拉第旋转器的制造方法、光学器件及光通信系统”(申请号:CN200610002540)。在该专利申请中,金锡同步焊接工艺设计出于以下两点考虑:一是光纤特殊焊接工艺要求所引出的导管内部局部不镀,需要采用底盘局部镀金后与镀金导管用金锡焊料对焊的方法来实现;二是鉴于低频信号传输部分的高密度设计要求采用0.38mm×0.38mm的框架引线,引线节距1.27mm,采用常用的不锈钢压力封接直接熔封的结构无法保证密封的可靠性,因而采用框架引线与柯伐薄片先进行匹配封接,熔封后的低频引线组件与高频组件以及镀金导管进行同步金锡焊接。
近期,100G以上的高速高通信系统在标准制定、设备研发、测试验证以及商用准备等方面取得重要进展,预计明年在高速光调制器设备功耗、体积以及性能等多方面有明显提升,并会开展新一轮测试验证。纵观整个光器件发展历程,可以窥测到光调制器的发展方向:集成化(兼容化)、高速化、微型化发展。笔者认为,随着光传输系统和网络复杂性的继续发展,势必要求更加高速稳定的光调制器,实现微波信号的高线性、低失真、远距离光纤传输,同时新型的光调制器及封装必然是满足以上条件并在此基础上不断改进,因此,国内企业要善于抓住机遇,不断加大投入,提高技术,在未来超高速光通信系统中发挥越来越大的作用。 (知识产权报 作者 饶俊 马欣)

2015-09-23

上記ニュースの中国語(原文)は、中国国家知的財産権局のWEBサイトに掲載されているものです。情報はできる限り正確であるように努力しておりますが、本サイトは、本ニュースにより提供されるすべての情報についての真実性、正確性、完全性、有用性、又は当該情報を利用することによって生じる損害等に対して、一切の責任を負いません。