发明创造名称：锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置
外观设计名称：
决定号：192625
决定日：2019-10-16
委内编号：1F269093
优先权日：
申请（专利）号：201510367675.4
申请日：2015-06-29
复审请求人：中国科学院半导体研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：白建辉
合议组组长：程灿
参审员：任晓东
国际分类号：H01S3/098,H01S3/109,H01S3/091
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条3款
决定要点
：如果一项权利要求的技术方案与最接近的对比文件之间存在区别特征，而该区别特征中的一些已经被其他对比文件所公开，并且在其他对比文件中所起的作用与其在本申请中的作用相同，其余区别技术特征属于本领域的常用技术手段，则该权利要求的技术方案不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510367675.4、名称为“锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置”的发明专利申请（下称本申请），其申请日为2015年06月29日，公开日为2015年10月07日，申请人为中国科学院半导体研究所。
国家知识产权局专利实质审查部门依法对本申请进行了实质审查，以本申请的权利要求1-8不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定为由，于2018年09月03日作出驳回决定。驳回决定中引用了如下两篇对比文件：
对比文件2：“半导体激光直接倍频的488蓝光激光器”，董景星，《光学学报》，公开日期为2006年04月30日。
对比文件3：“Design and Analysis of Laser Diodes Based on the Longitudinal Photonic Band Crystal Concept for High Power and Narrow Vertical Divergence”，Lei Liu，《IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS》，第21卷第1期，公开日期为2015年02月28日。
驳回决定所依据的文本为申请日2015年06月29日提交的说明书、说明书摘要、摘要附图、说明书附图以及权利要求第1-8项。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，包括：
一锁模光子晶体半导体激光器和与之连接的一倍频晶体；
其中，锁模光子晶体半导体激光器为叠层结构，包括：
一N型衬底；
一下电极，其制作在N型衬底的下表面；
一N型限制层，其制作在N型衬底的上表面；
一光子晶体，其制作在N型限制层上；
一有源层，其制作在光子晶体上；
一P型限制层，其制作在有源层上，该P型限制层的中间有一条状凸起为脊型结构；
一P型盖层，其制作在P型限制层的脊型结构上，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽；
一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型限制层上以及绝缘槽内的P型限制层上；以及
一上电极，其制作在P型盖层上。
2. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述倍频晶体采用的材料为铌酸锂、铌酸钡钠、铌酸钾或碘酸锂晶体。
3. 根据权利要求2所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述倍频晶体靠近锁模光子晶体半导体激光器一侧的端面镀有透反膜，该透反射膜对基频光全透射、对倍频光全反射；另一侧端面镀有反透射膜，该反透射膜对基频光全反射、对倍频光全透射。
4. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述光子晶体由至少两对低折射率材料和高折射率材料交替叠置而成，其中低折射率材料的折射率小于高折射率材料的折射 率。
5. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述有源层采用的结构为量子阱、量子线或量子点，采用的材料为III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料，增益谱峰值波长范围覆盖近紫外到红外波段。
6. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述电绝缘层的材料为SiO2、SiN4或Al2O3。
7. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述绝缘槽将脊型结构分为饱和区和增益区。
8. 根据权利要求7所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述饱和区加载反向电压，所述增益区加载正向电流。”
驳回决定认为，权利要求1相对于对比文件3的区别在于：（1）其包括与锁模光子晶体半导体激光器和连接的倍频晶体；（2）在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽，电绝缘层制作在绝缘槽内的P型限制层上。但是区别技术特征（1）已被对比文件2所公开，区别技术特征（2）为本领域的常用技术手段，因此，权利要求1相对于对比文件3、对比文件2和本领域常用技术手段的结合不具备创造性。权利要求2-8的附加技术特征或者被对比文件2、3所公开，或者属于本领域的常用技术手段，因此，当其引用权利要求不具备创造性时，这些权利要求都不具备创造性。
申请人中国科学院半导体研究所（下称复审请求人）对上述驳回决定不服, 于2018年12月18日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书的全文替换页，具体是将技术特征“该装置通过该锁模光子晶体半导体激光器来产生超短半导体激光脉冲，利用光子晶体降低超短半导体激光脉冲的发散角，利用该倍频晶体实现基频光倍频”补入权利要求1，其他权利要求未进行修改，修改后的权利要求1如下：
“1. 一种锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，包括：
一锁模光子晶体半导体激光器和与之连接的一倍频晶体，该装置通过该锁模光子晶体半导体激光器来产生超短半导体激光脉冲，利用光子晶体降低超短半导体激光脉冲的发散角，利用该倍频晶体实现基频光倍频；
其中，锁模光子晶体半导体激光器为叠层结构，包括：
一N型衬底；
一下电极，其制作在N型衬底的下表面；
一N型限制层，其制作在N型衬底的上表面；
一光子晶体，其制作在N型限制层上；
一有源层，其制作在光子晶体上；
一P型限制层，其制作在有源层上，该P型限制层的中间有一条状凸起为脊型结构；
一P型盖层，其制作在P型限制层的脊型结构上，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽；
一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型限制层上以及绝缘槽内的P型限制层上；以及
一上电极，其制作在P型盖层上。”
复审请求人认为：1）对比文件2公开的是普通的半导体激光器，由于倍频晶体对入射光要求较高，普通半导体激光器的输出光无法满足上述要求，所以对比文件2需要光纤和透镜耦合进入倍频晶体，而本申请是直接倍频，对比文件2没有给出可直接倍频的启示；2）对比文件3是连续输出，波导全部为正向偏压，本申请的波导上具有绝缘槽和加载反向偏压的饱和区，实现的是被动锁模脉冲输出。另外对比文件3中的光子晶体与有源区之间还包括一层厚度很薄的低折射率层，但是其厚度难以控制，本申请去除了该层，改善了生产效率。
经形式审查合格，国家知识产权局依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。原审查部门在前置审查意见书中坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年06月12日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1与对比文件2的区别在于：权利要求1中的半导体激光器为锁模光子晶体半导体激光器，通过该锁模光子晶体半导体激光器产生超短半导体激光脉冲，利用光子晶体降低激光脉冲发散角，倍频晶体连接到锁模光子晶体半导体激光器，实现了直接倍频，锁模光子晶体半导体激光器为层叠结构，包括：一N型衬底；一下电极，其制作在N型衬底的下表面；一N型限制层，其制作在N型衬底的上表面；一光子晶体，其制作在N型限制层上；一有源层，其制作在光子晶体上；一P型限制层，其制作在有源层上，该P型限制层的中间有一条状凸起为脊型结构；一P型盖层，其制作在P型限制层的脊型结构上，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽；一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型限制层上以及绝缘槽内的P型限制层上；以及一上电极，其制作在P型盖层上。上述区别技术特征一部分被对比文件3公开，其余部分属于本领域常用技术手段，在对比文件2的基础上结合对比文件3和本领域常用技术手段得出权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，因此，权利要求1不具备创造性。权利要求2-8的附加技术特征或者被对比文件2、3所公开，或者属于本领域常用技术手段，因此，当其引用权利要求不具备创造性时，权利要求2-8也都不具备创造性。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年07 月29日提交了意见陈述书，并提交了权利要求书的全文替换页。复审请求人删除了提出复审请求时所增加的技术特征，同时将从属权利要求2和3的附加技术特征增加到权利要求1,形成新的权利要求1，删除了权利要求2和3，并相应修改了其余权利要求的引用关系和编号。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，包括：
一锁模光子晶体半导体激光器和与之连接的一倍频晶体；
其中，锁模光子晶体半导体激光器为叠层结构，包括：
一N型衬底；
一下电极，其制作在N型衬底的下表面；
一N型限制层，其制作在N型衬底的上表面；
一光子晶体，其制作在N型限制层上；
一有源层，其制作在光子晶体上；
一P型限制层，其制作在有源层上，该P型限制层的中间有一条状凸起为脊型结构；
一P型盖层，其制作在P型限制层的脊型结构上，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽；
一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型限制层上以及绝缘槽内的P型限制层上；以及
一上电极，其制作在P型盖层上；
其中所述倍频晶体采用的材料为铌酸锂、铌酸钡钠、铌酸钾或碘酸锂晶体；
其中所述倍频晶体靠近锁模光子晶体半导体激光器一侧的端面镀有透反膜，该透反射膜对基频光全透射、对倍频光全反射；另一侧端面镀有反透射膜，该反透射膜对基频光全反射、对倍频光全透射。
2. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述光子晶体由至少两对低折射率材料和高折射率材料交替叠置而成，其中低折射率材料的折射率小于高折射率材料的折射率。
3. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述有源层采用的结构为量子阱、量子线或量子点，采用的材料为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料或Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，增益谱峰值波长 范围覆盖近紫外到红外波段。
4. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述电绝缘层的材料为SiO2、SiN4或Al2O3。
5. 根据权利要求1所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述绝缘槽将脊型结构分为饱和区和增益区。
6. 根据权利要求5所述的锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，其中所述饱和区加载反向电压，所述增益区加载正向电流。”
复审请求人认为：1）对比文件2需要光纤和透镜耦合进入倍频晶体，而本申请是直接倍频，直接倍频是一种新结构，结构简单，成本低；2）对比文件3是连续输出，波导全部为正向偏压，而本申请具有绝缘槽和反向偏压的饱和区，锁模脉冲输出，对比文件3的光子晶体与有源层之间还包括一层低折射率层，而本发明没有。本发明利用光子晶体降低基频光发散角，提高了倍频效率，直接倍频使得结构简单，易于集成。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
在复审程序中，复审请求人于2019年07月29日提交了权利要求书的最终全文修改替换页，经审查，其中所作的修改符合专利法第33条及专利法实施细则第61条第1款的规定。因此，本决定是基于以下文本做出的：复审请求人于申请日2015年06月29日提交的说明书、说明书摘要、摘要附图、说明书附图以及2019年07月29日提交的权利要求第1-6项。
2、具体理由的阐述
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求的技术方案与最接近的对比文件之间存在区别特征，而该区别特征中的一些已经被其他对比文件所公开，并且在其他对比文件中所起的作用与其在本申请中的作用相同，其余区别技术特征属于本领域的常用技术手段，则该权利要求的技术方案不具备创造性。
具体到本案：
1. 权利要求1请求保护一种锁模光子晶体半导体激光直接倍频产生短波长激光装置，对比文件2（“半导体激光直接倍频的488nm蓝光激光器”，董景星，《光学学报》，公开日期为2006年04月30日）公开了一种半导体激光直接倍频的488nm蓝光激光器，并具体公开了以下技术特征（参见正文第2节，图1）：该装置包括：产生基频光的激光二极管放置在一个安装小型半导体制冷片的热沉上。激光二极管发出的激光通过一根布拉格光栅的保偏光纤输出。尾纤输出的激光用两个透镜准直并聚焦耦合进入周期极化反转铌酸锂波导晶体。激光二极管输出稳定的976nm波长的基频激光，波导型周期极化铌酸锂输出488nm倍频光。
将对比文件2公开的内容与权利要求1进行比较可知，对比文件2中的周期极化反转铌酸锂波导晶体相当于权利要求1中的倍频晶体，实现基频光倍频以产生短波长的激光输出。
因此，权利要求1与对比文件2之间的区别在于：1）权利要求1中的半导体激光器为锁模光子晶体半导体激光器，通过该锁模光子晶体半导体激光器产生超短半导体激光脉冲，利用光子晶体降低激光脉冲发散角，倍频晶体连接到锁模光子晶体半导体激光器，实现了直接倍频，锁模光子晶体半导体激光器为层叠结构，包括：一N型衬底；一下电极，其制作在N型衬底的下表面；一N型限制层，其制作在N型衬底的上表面；一光子晶体，其制作在N型限制层上；一有源层，其制作在光子晶体上；一P型限制层，其制作在有源层上，该P型限制层的中间有一条状凸起为脊型结构；一P型盖层，其制作在P型限制层的脊型结构上，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽；一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型限制层上以及绝缘槽内的P型限制层上；以及一上电极，其制作在P型盖层上；2）所述倍频晶体采用的材料为铌酸锂、铌酸钡钠、铌酸钾或碘酸锂晶体；所述倍频晶体靠近锁模光子晶体半导体激光器一侧的端面镀有透反膜，该透反射膜对基频光全透射、对倍频光全反射；另一侧端面镀有反透射膜，该反透射膜对基频光全反射、对倍频光全透射。
基于上述区别技术特征，权利要求1相对于对比文件2实际解决的技术问题是如何获得一种结构简单的超短激光脉冲输出的倍频激光装置。
关于区别技术特征1），对比文件3（“Design and Analysis of Laser Diodes Based on the Longitudinal Photonic Band Crystal Concept for High Power and Narrow Vertical Divergence”，Lei Liu，《IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS》，第21卷第1期，公开日期为2015年02月28日）公开了一种高功率和窄垂直发散角的光子晶体半导体激光器，并具体公开了以下技术特征：如图1及表1所示，该锁模光子晶体半导体激光器为叠层结构，包括：一N型GaAs衬底；一下电极，其制作在N型GaAs衬底的下表面；一N型Al0.3Ga0.7As下包层（相当于权利要求1中的N型限制层），其制作在N型GaAs衬底的上表面；一光子晶体PBC，其制作在N型Al0.3Ga0.7As下包层上；一多量子阱有源层，其制作在光子晶体PBC上；一P型Al0.35Ga0.65As上包层（相当于权利要求1中的P型限制层），其制作在有源层上，该P型上包层的中间有一条状凸起为脊型结构；一P型GaAs接触层（相当于权利要求1中的P型盖层），其制作在P型Al0.35Ga0.65As限制层的脊型结构上；一电绝缘层，其制作在脊型结构两侧的该P型Al0.35Ga0.65As上包层上；一上电极，其制作在P型GaAs接触层上（参见正文第2页，图1，表1），该PBC激光器能够获得高功率输出和窄的垂直发散角（参见结论部分）。该PBC激光器对于进一步窄化垂直发散角是有利的（参见文章introduction部分最后一段）。由此可见，对比文件3给出了在半导体激光器中设置光子晶体结构降低半导体激光器输出激光束的发散角的技术启示。对于本领域技术人员而言，对比文件2中设置光纤和透镜耦合系统的原因在于激光二极管的输出光束的发散角较大，如果直接入射到倍频晶体上会导致倍频效率较低的问题，本领域技术人员在对比文件2的基础上，在对比文件3的上述启示下，容易想到采用对比文件3中的窄发散角的具有光子晶体结构的半导体激光器替代对比文件2中的激光二极管和光纤耦合系统的组合来实现窄发散角的输出，从而可以减少系统内的光学元件数量，结构更简单，替代之后输出波长的选择则是本领域技术人员根据实际需要通过选择半导体激光器各层特别是有源层的材料可简单确定的。而通过在半导体激光器上设置由绝缘槽隔离的增益区和可饱和吸收区以实现锁模脉冲输出属于本领域常用技术手段，例如CN102593720A、CN102376318A均公开了这样的技术手段。同样，在实现增益区和可饱和区的隔离的前提下，绝缘槽的深度是本领域技术人员可选择的，在该脊型结构上的P型盖层中间开有一绝缘槽属于常规设置。
关于区别技术特征2），对比文件2已经公开了倍频晶体采用的材料为铌酸锂。而铌酸钡钠、铌酸钾或碘酸锂晶体都是本领域常用于频率转换的非线性晶体材料，其作为倍频晶体的材料是常规选择。为了使基频光更好地入射到倍频晶体中，并且提高倍频的效率，使其在倍频晶体中来回振荡，充分倍频，在倍频晶体靠近锁模光子晶体半导体激光器一侧的端面镀有透反膜，该透反射膜对基频光全透射、对倍频光全反射；另一侧端面镀有反透射膜，该反透射膜对基频光全反射、对倍频光全透射，是本领域技术人员的常用技术手段。
因此，在对比文件2的基础上结合对比文件3以及本领域的常用技术手段，得出权利要求1的技术方案，对本领域的技术人员来说是显而易见的，因此权利要求1所要求保护的技术方案不具备突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
关于复审请求人的意见，合议组认为：1）对比文件没有公开完全一样的结构仅代表权利要求具有新颖性，并不能代表权利要求具有创造性，如果现有技术的结合对于本领域技术人员来说是显而易见的，则结合后获得的技术方案是没有创造性的，对比文件2公开的是对普通半导体激光器的激光束进行倍频，其光束发散角较大，不适合直接入射倍频晶体进行倍频，所以其需要使用光纤和透镜等光耦合系统以减小发散角。对比文件3公开了在半导体激光器中设置光子晶体结构可缩小半导体激光器输出光束的发散角，基于倍频晶体对泵浦光小发散角的要求，本领域技术人员容易想到使用对比文件3的具有较小光束发散角的半导体激光器进行直接倍频以省去为缩小光束发散角而设置的光耦合系统，也即采用对比文件3中的具有光子晶体结构的半导体激光器替代对比文件2中的普通半导体激光器和光纤和透镜等光耦合系统的组合，从而实现半导体激光器与倍频晶体连接进行直接倍频，也即对比文件3给出了与对比文件2进行结合的启示，这对于本领域技术人员来说是显而易见的；2）关于复审请求人所陈述的第2）点意见，合议组在复审通知书中已经做了明确回应，对比文件3在连续和脉冲波的输出上确实存在差别，但是将半导体激光器的波导使用绝缘槽分隔为增益区和饱和区以实现锁模脉冲输出属于本领域的常用技术手段。至于复审请求人所陈述的对比文件3中光子晶体与有源区之间的低折射率层，由于权利要求1是一个开放式的权利要求，所以上述特征并不构成权利要求1与对比文件3之间的区别，即使复审请求人对权利要求1进行修改，使其能够体现出上述区别并且又不存在超范围的缺陷，根据对比文件3的表格1，在多量子阱有源层和光子晶体之间仅具有一个下波导层，但是半导体激光器中，在有源层的两侧设置或不设置波导层均属于本领域的常用技术手段，所以该假定修改后的权利要求仍然不具备创造性。
2、权利要求2-4对权利要求1作了进一步限定。对比文件3还公开了以下技术特征（参见正文第2节第1段，图1、表1）：其中的光子晶体由10个周期低折射率材料（LIL）和高折射率材料（HIL）交替叠置而成，其中低折射率材料的折射率小于高折射率材料的折射率，折射率差异为0.058。有源层采用的结构为发射900nm波长激光的三个周期的In0.08Ga0.92As/Al0.1Ga0.9AS量子阱QW，电绝缘材料为SiO2。在此基础上，采用量子线或量子点，材料选择为II-VI族半导体材料，将增益谱峰值波长范围覆盖近紫外到红外波段，电绝缘层的材料为SiN4或Al2O3都是本领域技术人员的常规选择，其技术效果也是可以预期的。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求2-4也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
4、权利要求5、6对权利要求1作了进一步限定。在锁模中增益区施加正向偏压而饱和区施加反向偏压属于实现锁模的基本原理，例如CN102593720A、CN102376318A均公开了上述技术特征。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求5、6也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
综上所述，本申请的权利要求1-6均不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018 年09月03日对本申请作出的驳回决定。如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定,请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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