一、技术背景与分支构建

单光子探测器（SPD）是一种超低噪声器件，增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可实现对单光子进行探测和计数；目前国内并未在专利领域对单光子探测器技术进行相关分析研究，如果有关企业或高校要针对该单光子探测器进行研发投入，则无从参考。

综合考虑分解的合理性、技术拆解的难度，以及相关专利检索的便捷性，考虑到光子探测器技术主要涉及多种类型的量子器件和控制方法。本文针对单光子探测器领域技术进行相关检索后，结合其组成结构、核心构件、基础原理、主要功能以及对应的文献量，将其分解为器件和控制方法这2个二级分支，其中器件包括光电倍增器（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、超导器件、量子器件、符合计数器、其他器件等6个分支、控制方法分支分解为门控处理、死时间处理、噪声处理、温度处理、雪崩信号处理、其他处理等这6个三级分支。具体参见如下分解表1-1。

表1-1 单光子探测器技术分解表

二、单光子探测器技术专利发展分析

图2-1 全球相关产业专利全球发展趋势图

图2-1示出了单光子探测器技术专利申请与保护发展趋势综合图。本次共检索到相关申请1132件，该相关技术的申请发展分为三个阶段：萌芽阶段（1977年-2002年）、技术积累阶段（2003年-2013年）、快速发展阶段三个阶段（2014年至今）。

在1977年-2002年的概念萌芽阶段，1976年最早出现涉及到光子计数器技术。该篇最早的相关专利申请号为美国专利，授权公开号为US4320970A，其能够在存在大量外部荧光和入射光散射的情况下，对极低的荧光强度进行准确，稳定，可再现的测量。自1976至2002年的几十年间，每年均为零星的申请，申请主要涉及光子计数器、雪崩二极管以及温度控制方法，单光子探测器技术在这段时间开始产生萌芽。

在2003年-2013年的技术积累阶段，不同于前期的零星发展，在此阶段开始有一定数量的专利申请，但是并未进入一个专利申请的爆发阶段，而是进入长达十年的技术积累阶段。全球各主要国家纷纷开始在单光子探测器技术领域加大投入，基础理论得到了突破和发展，在该阶段，专利年申请数量呈波浪形变化，相比起步阶段的申请量有着数量上的显著提升。

在2014年至今的快速发展阶段，单光子探测器技术的理论向应用转化不断加强，全球对量子通信的重视程度日趋高涨，学术界和产业界开始多角度发力，量子通信的研究成果多点迸发呈现，量子通信前端技术的应用在大众视野中渐渐地具体化。在快速发展阶段，2015年申请量首次超过50件，此后每年的申请量呈指数态势增长，至2019年的申请量达到最高，达到180专利申请，量子通信相关专利申请量进入了指数增长阶段。

图2-2全球相关技术申请人排名

图2-2为全球单光子探测器技术申请量排名图。从上述排名可以看出，在该领域并未出现集中大量的申请，申请量领先的申请人为中科院上海微系统与信息技术研究所，申请量为32件。排名前五的申请人还包括南京大学、浜松光子学株式会社、佳能、HI股份有限公司、PSIQUANTUM CORP。其中排名前10的公司或科研院所均来自中国、美国和日本，排名较前的日本研发主体有2个，除此以外，日本企业还包括索尼公司，以上日本申请人均为历史悠久的日本老牌跨国科技公司，排名前10的共有4家美国公司，其中除了应用材料公司这一老牌企业外，还包括PSIQUANTUM这类的初创公司。此外，国外从事相关产业的企业还有意法半导体、奥地利微电子公司等，这些公司虽然申请量排名并非靠前，但均为国际知名的量子科技方面技术先进公司，是单光子探测器技术领域有力竞争者。国内在相关申请人中排名中以科研院所为主，包括中科院、南京大学、天津大学、中科大等，这说明我国高校的专利转化率不足，预示中国在单光子探测器领域有着强大的发展潜力。

图2-3各个技术申请量排名情况

图2-3为全球单光子探测器技术分支分布图。在控制方法分类中，温度处理和雪崩信号处理相关的申请占据总量的前两位，其次为噪声处理，上述三者申请量相差较少，几乎平分秋色，同属第一梯队，技术活跃度最大，可见，温控、噪声处理、雪崩信号提取是该领域的三大研究方向。门控处理和死时间处理属于第二梯队技术分支，第二梯队中申请量较少，技术活跃度一般。第一梯队的技术分支申请量占据所有申请量的半壁江山。在器件方面，雪崩二极管技术的相关申请占据总量的首位，可见，目前的单光子探测技术还是以APD为主，光子技术器和超导器件属于第二梯队技术分支，第二梯队中申请量占据一定比例，技术活跃度较大。PMT和量子器件属于第三梯队技术分支，第三梯队中申请量较少，技术活跃度一般。

图3-2 近20年控制方法分类下各分支发展趋势

结合图3-2控制方法分类下各个分支的发展趋势分析，5个技术分支的申请趋势均为前期缓慢的积累和近期的高速发展，在申请前期，门控处理方法与雪崩信号处理方法占据主流，到了第一波发展期，噪声控制的相关申请开始快速增长，其数量超过了门控处理方法，其中第一波发展高峰在2011年前后，除了死时间控制方法，其余4个分支均在该年有了快速发展，第二波发展高峰在2019年前后，5个分支均在2019年或2020年达到申请高峰。

图3-3 近20年器件分类下各分支发展趋势

结合图3-3器件分类下各个分支的发展趋势分析，5个技术分支的申请趋势均为前期缓慢的积累和近期的高速发展，在申请前期，各个器件分支均为零星申请，其中超导器件的申请在2008年才开始出现，接着在2015年和2019年前后，超导器件迎来了第一和第二波高峰，雪崩二极管的相关申请贯穿整个20年，其发展共分为两个阶段，2002年至2015年的技术积累期和2016至今的高速发展期，其发展高峰在2019年。

三、结束语

本文主要从单光子探测器技术出发，通过检索技术对应相关文献，查阅相关技术背景和相关原理，并在后续基于理解创建技术对应的分解表，按照分解表进行对应专利的检索，通过对专利的态势分析，简单介绍了单光子探测器技术相关专利在全球和国内的发展情况，并对其中的重点发明主体进行分析，介绍了对应的重点申请人在单光子探测器技术领域的相关专利布局，最后对其中的两个重点分支领域的专利技术进行介绍，希望可以为相关领域的发明主体的专利布局提供参考。

参考文献

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[3] 张雪皎，等.单光子探测器件的发展与应用[J]. 激光杂志，2007: 13-15.