近年来，基于光学微腔力光耦合量子效应的新型传感器件，由于其极高的传感检测精度，并且还具备微纳芯片化集成制造的潜力，逐渐引起了科学家们的关注。新型的光学材料及高精度微纳制造技术的飞速发展，使光学微腔具备了低损耗、超高Q 值和高能量密度的特点，可以极大增强光与物质的有效作用时间与空间，在几厘米甚至更小的有限的空间实现传统几公里甚至几十公里光纤结构所能实现的传感与测量精度。因此， 基于该技术的新型传感器件兼具了光学传感器的高精度以及MEMS 传感器的低成本、小体积的优势，是新一代传感器件发展的重要方向之一。
为检索出与“光学微腔传感技术”相关的研究与综述论文，根据用户提供的检索词，构建检索策略1，在ISI Web of Science 数据库中，共检索到5715 篇SCI 论文（检索时间2018 年9 月）。其中，期刊论文（Article）5508 篇、综述性论文（Review）195 篇。并对检索出的数据采用TDA、VOSviewer 和Excel 等工具进行分析，结果如下。
（1）年代分布
从检出结果看，光学微腔传感技术的研究真正开始于1973 年，由加拿大学者SCOTT, B 等人发表了一篇关于利用共焦光腔的一氧化碳传感
器（COMPACT CARBON-MONOXIDE SENSOR UTILIZING A CONFOCAL OPTICAL CAVITY）。从图1 中可以看出，纵观整个研究历程，前期发文量少，时断时续，研究进展缓慢。进入2004 年全球在该领域的发文量突破100 篇， 此后发文量增长趋势逐渐明显，一直呈快速增长态势，2017 年发文量达642 篇。截至下载数据时， 2018 年的发文量也已经达到547 篇。
图1 光学微腔传感技术SCI论文年代分布
（2）国家（地区）分布
全球共有将近100 个国家（地区）开展了光学微腔传感技术的研究，其前二十位的国家（地区） 排名见图2。发文量前十位的国家（地区）分别是中国、美国、德国、英国、意大利、日本、加拿大、法国、西班牙和韩国，上述十个国家在光学微腔传感技术主题中的发文量占总量的71.66%。
图2 光学微腔传感技术SCI论文国家(地区)分布
从国家（地区）角度看，中国和美国在该主题的研究中占有绝对优势，两国发文量分别占全球论文的22.76% 和19.88% ；其次是德国和英国，其发文量分别占全球论文的5.23% 和4.8%。在亚洲各国（地区）中，除中国外，日本次之， 处于排行榜的第六位，其发文量占全球论文的3.7% ；韩国在全球排名第十位，在该领域的发文量占全球总发文量的2.59%。
（3）机构分布
表1 列出了全球发表的关于光学微腔传感技术主题的前二十位发文机构。其中，中国机构在该主题的研究中占有较大优势，占据了八个席位；其次是美国，有6 家机构进入全球发文量前二十位；另外，意大利有2 家机构，有1 家机构的国家分别是新加坡、葡萄牙、英国和加拿大。发文量排名前5 位的机构依次是中国科学院、浙江大学、北京邮电大学、美国密歇根大学和华中科技大学，其中，中国科学院和浙江大学分别以发文量128 篇和112 篇的优势遥遥领先，而其余机构发文量相差不大。全球前二十位发文机构以高校为主，也有部分科研院所，除中国科学院外，还有意大利的国家研究委员会CNR（CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE）。
表1 光学微腔传感技术SCI论文研究机构分布情况
（4）期刊分布
该主题发表论文涉及期刊近700 种，发文量最多的前十种期刊分别是：OPTICS EXPRESS （580 篇）、OPTICS LETTERS （279 篇）、APPLIED OPTICS （259 篇）、APPLIED PHYSICS LETTERS
（189 篇）、SENSORS （181 篇）、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS （173 篇）、JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY （168 篇）、IEEE SENSORS JOURNAL （145 篇）、OPTICS COMMUNICATIONS （143 篇）、SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL （129 篇）。
表2 光学微腔传感技术SCI论文发表期刊分布情况
对全球发表的关于光学微腔传感技术主题论文的被引频次进行分析，以国家（地区）进行累积加和，并计算其篇均被引频次（表3）。总被引次数和篇均被引次的高低说明研究的影响力大小，其中，总被引次数表示国家（地区）在该研究领域的影响力，篇均被引次数表示发表论文的被关注的程度。
表3 光学微腔传感技术SCI论文国家/地区被引情况
从被引总频次来看，前十位依次是美国、中国、德国、英国、意大利、西班牙、法国、日本、加拿大和瑞士。从篇均被引频次来看，前十位依次是美国、瑞士、德国、荷兰、英国、西班牙、法国、新加坡、意大利和葡萄牙。美国总被引频次和篇均被引频次都遥遥领先于其它国家（地区） 排在世界第一位，其总被引频次达49211，篇均被引频次达34.88。中国在该领域发文量总数排第一位，总被引频次为19140，落后于美国排第二位；在发文量前二十机构中，其篇均被引频次仅为11.85，排第十六位。
以发文量前十位国家的国家名称、发文量和及其篇均被引频次三个指标作气泡图，气泡大小表示篇均被引频次高低。由图3 可以直观看出， 中国发文量居世界第一位，但篇均被引频次只有11.85。美国发文量仅次于中国居世界第二位， 其篇均被引频次最高，达34.88。从图中还可以看出，相对美国、加拿大及欧洲发达国家，亚洲各国论文的篇均被引频次较低。
图3 光学微腔传感技术SCI论文前十国家发文量-篇均被引频次分析
根据检索出的文献，通过VOSviewer 分析工具对关键词进行分析，排除无效概念，得到光
学微腔传感技术主题研究所涉及的高频关键词。
根据专家意见，将主题关键词分为四类：光学微腔和传感器的结构、传感技术、谐振腔技术、光纤和干涉技术（图4）。光学微腔和传感器的结构包括，研究芯片、生物传感器、化学传感器、光学传感器、微谐振腔、微球腔、光学谐振腔等的浓度、分子、被分析物、混合物、纳米颗粒、纳米结构、粒子、体系结构等方面对探测范围、回音模式、光学性质、化学、表面等离子体共振等指标的影响。传感技术包括：研究激光、光谱、光源、光束、探测器、位移、光学谐振腔、光谱仪、光电探测器等的频率、信号、压力、振幅、相位、噪声、带宽、精度、电压、共振频率等指标。谐振腔技术涉及波导、折射率、共振、耦合、Q 值、光子晶体、共振波长、透射光谱、超材料等。光纤和干涉技术涉及光纤、单模光纤、光纤光栅、干涉、干涉仪、法布里珀罗干涉仪、法布里珀罗腔、光纤激光器等的温度、分辨率、长度、直径、腔长、波长位移、噪声比、灵敏度等指标。
图4 光学微腔传感技术SCI论文主题分布
本部分对光学微腔传感技术主题的国际基础性研究进行了文献分析，通过分析从整体上把握该领域国际发展态势，为科学决策提供支撑。
（1）光学微腔传感技术国际发展态势
全球对光学微腔传感技术的研究开始于上世纪六十年代，此后稳步发展，进入2004 年全球在该领域的研究呈快速增长态势。全球关于光学微腔传感技术的研究涉及将近100 个国家（地区），中国和美国在该主题的研究中占有绝对优势，两国发文量分别占全球论文的22.76% 和19.88%。从机构角度来看，排名前二十位的发文机构中，有8 家机构属于中国，6 家属于美国；其中，中国科学院和浙江大学分别以发文量128 篇和112 篇的优势遥遥领先，而其余机构发文量相差不大。
（2）光学微腔传感技术主要研究内容
从光学微腔传感技术研究所涉及的高频关键词可以看出主要研究内容涉及光学微腔和传感器的结构、传感技术、谐振腔技术、光纤和干涉技术等四方面。研究芯片、生物传感器、化学传感器、光学传感器、微谐振腔、微球腔、光学谐振腔等的材料及结构；研究传感技术包括频率、信号、压力、振幅、相位、噪声、带宽、精度、电压、共振频率等指标；研究谐振腔技术涉及波导、折射率、共振、耦合、Q 值、光子晶体、共振波长、透射光谱、超材料等；研究光纤和干涉仪的温度、分辨率、长度、直径、腔长、波长位移、噪声比、灵敏度等指标。
在ISI Derwent Innovations Index（DII） 数据库中2，共检索到6497 条专利文献（检索时间2018 年9 月）。对检索出的数据采用TDA 和Excel 等工具进行分析，结果如下。
（1）专利申请国家（地区）和时间分布
从全球关于光学微腔传感技术专利的申请来看（图5），光学微腔传感技术最早可追溯到上世纪六十年代。全球关于光学微腔传感技术的专利年申请量缓慢增长，进入1997 年后全球在该领域的专利申请量突破100 件，此后专利年申请量增长趋势逐渐明显，一直呈快速增长态势，其中在2013 年和2016 年时，专利申请量分别为654 件和651 件。（由于专利从申请到公开的时滞性，近两年的数据比实际值略低）。申请量最多的前5 位国家分别是美国、中国、日本、德国和韩国。其中，美国在该领域申请了2301 件专利， 中国申请2020 件专利，遥遥领先于专利申请量排在第三位的日本（790 件）。
图5 光学微腔传感技术国内外专利申请时间演化图
中国自1984 年开始有相关专利申请，但前期申请量少，时断时续，研究进展缓慢。近十年来中国发展迅速，2012 年后中国的专利年申请量开始超过美国，成为世界第一。
（2）专利技术国家（地区）分布
从专利技术的国家（地区）来源来看，美国的专利技术最多，占总数的31.73%；其次是中国， 占总数的27.86%。从专利技术的市场分布来看， 专利主要分布于美国、中国和WO，分别占总数的23.03%、19.32% 和11.47%。从图6 和图7 可以看出，美国和中国都是光学微腔传感技术的
输出国，其技术来源比例高于市场应用的比例。亚洲除拥有中国、日本和韩国这样的技术强国外， 还是一个重要的市场。德国和加拿大也是基本的技术输出国和市场分布地区。
图6 光学微腔传感专利技术来源国家（地区）分布
图7 光学微腔传感专利技术市场国家（地区）分布
（3）主要申请人分析
从检索结果看，全球约有5000 多家机构活跃在光学微腔传感技术研发领域。专利申请数量位居前十位的机构有7 家为企业，4 家为高校（表4）。其中中国和日本均有4 家机构进入前十，美国2 家，荷兰1 家。中国的4 家机构均为高校， 且电子科技大学进入了文献数量和专利数量最多的前20 个机构排名。中国宁波大学、中国计量大学和中国电子科技大学，近5 年在光学微腔传感技术领域发展迅速，申请专利占其总量比分别为98.08%、87.93% 和76.92%。
表4 光学微腔传感技术主题的主要专利申请人
（4）中国专利权人情况分析
中国研发机构在光学微腔传感技术领域申请专利的全球排位相对靠前，其中进入前二十位的分别是：中国计量大学（第2 位）、宁波大学（第4 位）、电子科技大学（第7 位）、浙江大学（第10 位）和国家电网（第19 位）。
表5 中国专利权人情况分析
（5）光学微腔传感技术主题分析
基于专利题名和摘要关键词， 使用TI （Thomson Innovation）绘制光学微腔传感技术研发主题布局专利地图（图8）。图中不同山峰区域内表示某一特定主题聚集的相应专利群， 其技术研发重点的重要程度用颜色区分，由浅到深、由绿色灰色到白色，依次增强。可以看出， 光学微腔传感技术领域关注主题明显集中于微谐振腔、微球腔、光学谐振腔等的材料和结构；压力传感器、图像传感器、生物传感器、化学传感器、光学传感器等的结构；以及激光技术、光纤技术等方向。
图8 光学微腔传感技术领域专利申请布局
本部分对光学微腔传感技术主题进行了专利文献分析。
全球专利文献中关于光学微腔传感技术的研究可以回溯到上世纪六十年代，进入1997 年后专利年申请量呈快速增长态势，中国在光学微腔传感技术方面的研究起步较晚，但整体发展迅速， 在该领域申请专利数量为2020 件，仅次于美国（2301 件），并且遥遥领先于专利申请量排在第三位的日本（790 件）。
全球关于光学微腔传感技术的研究涉及80 多个国家（地区），美国是这方面研究最多的国家， 其次是中国。中国是光学微腔传感技术的输出国， 其技术来源比例高于市场应用的比例。
在全球开展关于光学微腔传感技术研究的机构中，专利申请数量位居前十位的机构有7 家为企业，4 家为高校，集中在中国、日本和美国。国内专利申请量最多的机构中国计量大学排名第二位，且近5 年专利申请活跃，申请专利占其总量比为87.93%。进入全球排名前20 位的中国机构中，除中国计量大学外，分别为宁波大学、电子科技大学、浙江大学和国家电网。
关于光学微腔传感技术的研究所涉及的技术主题主要包括微谐振腔、微球腔、光学谐振腔等的材料和结构；压力传感器、图像传感器、生物传感器、化学传感器、光学传感器等的结构；以及激光技术、光纤技术等方向。
