時間:2023-07-28 09:18:46
緒論:在尋找寫作靈感嗎?愛發表網為您精選了8篇醫療技術市場研究,愿這些內容能夠啟迪您的思維,激發您的創作熱情,歡迎您的閱讀與分享!
早期移動健康領域企業包括Happtique,他們為醫療行業的從業人員提供數字技術幫助,讓他們能在日常的工作中使用電子技術。還有Proteus Digital Health,他們發明了一種能夠在患者體內檢測各種生理指標的儀器。
這個行業里當然也少不了初創企業的身影。來自舊金山的醫療健康企業孵化器Rock Health的Leslie Ziegler表示:“嚴格的監管機制給創業者們提出了嚴峻的挑戰,但這無法澆滅他們進入醫療健康產業的熱情。”Cardiio就是Rock Health投資過的企業之一。Cardiio推出了一個售價為4.99美元的應用,該應用能夠通過檢測患者臉部反射的光線,使用移動設備上的攝像頭來測量患者的心率。Rock Health投資過的企業還有Podimetrics,他們發明了一種可以連接Wi-Fi的軟墊,這種軟墊可以檢測由糖尿病引起的足部潰爛。Ziegler表示:“科技終于滿足了人類的需要,為人們在生活和健康方面提供了幫助。”
同時,資金也在大量涌入到這個行業當中,據Rock Health統計,今年共有11億美元的資金投入到醫療健康方面的初創企業之中,相比去年的6260萬美元有了大幅的上漲,投資數量也有了84%的漲幅。
現在可以設想一下:你站立、行走或跑步時,穿的鞋子能顯示你精確的體重分布情況;佩戴的藍牙耳機搖身變成時尚耳環或藍牙項鏈;一副內嵌手持式媒體播放器成為可近距離觀看電影的視頻眼鏡。
佩戴式設備,這項新興技術正在迅速崛起。在過去的一年,像BodyMedia臂環和耐克+FuelBand臂環這些面向消費者的佩戴式設備,在醫療和健身行業已大行其道。
值得注意的是,對實時數據的旺盛需求也推動了佩戴式無線設備市場的發展,預計銷量將從今年的1400萬個增至2016年的1.71億個。據市場研究公司HIS iSuppli旗下的IMS Research的新研究結果顯示,4年后,佩戴式無線設備市場的收入至少有望達到60億美元。
目前,大多數佩戴式設備主要面向醫療和健身應用環境,并且產品為數不多,如血糖和心率監測儀。在將來,個人娛樂和軍用設備的數量將大幅增加。比如說,谷歌的智能眼鏡和傳聞中的蘋果智能手表,將是新無線佩戴式設備中的一分子。睡眠傳感器、戴在手上的終端以及工業和軍用平視顯示屏(裝在頭盔上的提供數據的透明屏幕)將為用戶提供實用數據,最終也有望在佩戴式技術市場得到更迅猛的發展。
“對于最具顛覆性和創新性潛力行業中的產品戰略師來說,這應該是優先考慮的技術。” Forrester研究公司的高級分析師、消費級產品戰略師Sarah Rotman Epps表示,佩戴式設備將開始從通訊、醫療和健身等領域擴大到其他垂直領域,比如導航、社交網絡、游戲和商務等。3年后,佩戴式設備將遍地開花。
感知世界
Altimeter集團分析師Chris Silva稱這個現象為“感知世界”,“因為我認為這個世界與機器思維有關,應能與我們進行交流,并非一味接受我們的指令。機器與環境應漸漸開始學習,不僅僅是預料我們的命令或讓我們的命令更容易輸入。”
Silva特別指出:“在未來的18個月,這項技術將得到越來越普遍的應用,身上和身邊會有多個傳感器,它們將充分利用無所不在的移動互聯電腦來收集和傳送數據。而在之后的階段,就會開始主動為我們服務。”
“佩戴式電腦肯定會受到更大的關注,但同時面臨的障礙有:外形、舒適性、功能和時尚性。” Gartner分析師Adib Ghubril說,“佩戴式電腦應兼顧個性表現和實際功能運用,做到既時尚又舒適。研發人員主要致力于讓現有的硬件電路微型化,比如內置的耳機和攝像頭,既顯示內容又允許可見光透過的眼鏡屏幕,以及最終的網絡連接。”
最熱門的佩戴式設備
到目前為止,最熱門的新型佩戴式電腦是谷歌眼鏡。設想一下,下午你在瀏覽商店櫥窗,根據你的購買習慣(比如使用智能手機刷卡),智能手機就知道你在這個時間段愛喝咖啡。于是,它就能將最近咖啡店的聯系信息顯示在你的眼睛上。在經過一座歷史建筑旁邊時,內置攝像頭會把建筑的照片與網上信息庫聯系起來,有關該建筑的信息也會出現在你佩戴的眼鏡上,而且內容豐富翔實。
Forrester的分析師Frank Gillette說:“這種眼鏡確實很酷,但要說許多人很快人手一副,還為過時過早,一是因為人們還不太熟悉這種技術;二是谷歌眼鏡的成本現在高達1500美元,而且只面向開發人群。”
Gillette補充說:“我認為腕帶設備極有可能很快普及開來,尤其是與手機相連的手表(如MetaWatch和索尼智能手表)。至于像珠寶和服裝那樣可以佩戴的設備,隨著低功率無線電技術的逐步成熟,也會普及開來。”
解脫雙手的方案
據摩托羅拉解決方案部倉儲產品解決方案主管Darren Koffer表示,摩托羅拉解脫雙手的產品組合中有一個靈活的產品系列,支持純文本應用、純語音應用以及這兩種應用的組合,讓經常要掃描、挑選和分揀大量物品的員工可以獲得更高的效率和準確性。
Koffer補充說:“在需要不斷用手的應用場合,佩戴式系統解放了員工的雙手,使用方便,還可以處理更多的任務,同時進一步提高了生產力,使準確性所需的技術完全觸手可及——包括條形碼掃描和移動計算。但是想充分發揮佩戴式計算設備的潛力,公司要考慮整體解決方案的人體工程學、性能、可靠性、靈活性以及可管理性。”
Gillette表示,無論什么時候想處理工作,現場技術人員和操作人員身上都要佩戴一大堆設備,摩托羅拉解脫雙手的這種解決方案在實際運用方面邁進了重要一步。
未來世界
相比較很多傳統設備制造商不靠機器賺錢、靠耗材賺錢的現狀,泰聯三維這樣“只賣設備,不提供耗材”的情況在我國的3D打印產業極為普遍,而不少國產3D設備用戶也正面臨在國內買了設備后依舊需要購買進口耗材的尷尬。
國產耗材為何短缺
據了解,目前3D打印的耗材原料主要分為尼龍、粉末、PLA塑料以及金屬四種,其中,PLA塑料的成本最低,金屬最貴。
以一款在醫療領域被廣泛應用的手骨骼模型為例,PLA塑料的打印成本約為100元,尼龍及粉末成本約為2000元,而金屬的耗材成本則高達上萬,他們打印一只手骨骼的模型也大多在8到10小時,往往打印公司會將這些打印產品以高出成本的一倍價格賣給顧客。
在不少業內人士看來,國產3D設備對應的耗材短缺主要源自兩個原因:便宜的賺不到錢,廠家不愿意生產,而貴的耗材現有技術跟不上,由于缺少政策扶持和補貼,廠家又不愿意投入資金和人力成本去研發。
“便宜的塑料及尼龍、粉末因為利潤空間有限,而且畢竟3D打印現在國內沒開始大規模應用,原料不能大規模生產,所以企業都不愿意去做,因為幾乎不賺錢。”在近日舉行的Inside3D打印產業全球巡展現場,一位業內人士向記者透露了其中原因,“而金屬耗材雖然價格高一些,但是研發的投入也高,甚至不比設備少,而目前國內的扶持力度主要聚焦在3D打印設備上,很少有扶持原材料的資金進來,所以企業不愿意自己投入資金和人力去生產。”
據了解,在金屬打印應用較多的航空領域,目前國內多數的廠家可以生產幾十微米到幾百微米的金屬顆粒,但這種顆粒國內生產的品質與國外依舊存在較大差距。
以先前提到的Dex系列3D打印機為例,泰聯三維的一位內部人員告訴記者,該設備前后的研發耗時約8個月,主要的研發資金則來源于上海產業研究院成立該研發項目時撥付的上百萬元資金,目前該產品泰聯三維的售價為8.5萬,而國外對應的進口設備則售價高達20萬。“如果沒有這筆研發經費,我們的機器不可能賣得這么便宜,目前國內在設備上的扶持力度還是比較大的,但是耗材上的扶持就弱一些。”該內部人員透露。
“客戶在購買了我們的產品以后,可以自行購買進口的耗材,材料的花費并不太大。”該內部人員對記者透露,“因為本來我們的機器就是仿制國外的設備,所以并不太方便從同樣的廠家那里購買材料再提供給客戶,只能他們自行購買。”
依賴進口局面亟待改變
根據知名市場研究機構Gartner對未來幾年的3D打印技術市場做出的預測:在未來的3至4年內即到2019年,發達世界中有10%的人將會穿著3D打印產品或者在他們的身上有3D打印的東西,尤其是3D打印技術將在醫療保健和消費制造業有更突出的表現。這表明,將有數億乃至6億人會在未來三四年里使用3D打印產品——這個數字令人吃驚。而在我國,根據今年5月國家頒布的《中國制造2025》,作為一項前沿性的基礎性制造技術,3D打印在醫療方面的應用也被涵蓋在中國未來十年大力推動的領域之中。
一些業內人士告訴記者,3D打印在國外已經發展20多年,而在我國是近兩年才有所發展,目前行業內還是處于一窩蜂制造設備階段,離真正完成設備、原料、設計軟件、服務供應等上下游的完整產業鏈閉環還有很長的距離。
一、法律政策環境
我國現有法律法規中,有許多地方與風險投資的運作不適應。如:
1、公司審批制度,公司注冊有兩種,一是登記制,二是審批制。我國采用審批制,有限責任公司的注冊資本(包括高科技企業)最低也不得低于10萬元人民幣。從金融學角度來看,這種資本金制度能夠降低貸款的風險,但是這個門檻對風險企業要求較高,對創新、創業不利。
2、退出機制,風險資本需要通過企業上市(IPO)和出售方式(被收購兼并)退出,因此需要有公開的或柜臺的交易市場,但目前創業板(或二板市場)需要盡快討論推出退出機制。
3、企業組織形式,風險投資最有效的組織形式是有限合伙制,與有限公司和合伙企業都不同。其組成人員有兩類,一是有限合伙人,持有公司99%的股份,以出資頗為限,對公司債務負有限責任;二是普通合伙人,持有公司1%的股票,但對公司債務負無限責任,這類合伙人負責經營管理投資公司和風險資本。之所以采取這種組織形式,是由敢于冒險的資本、資本運作需要豐富的管理經驗這樣的特點決定的。然而,我國法律對此類公司組織形式尚無界定。
4、知識產權,如果對知識的保護不夠,那么風險投資就不敢涉足試前期的投資,因為早期的風險最大,而仿造和盜版幾乎一文不花,可以同步在任何地方進行,使投資人蒙受損失。
我們建議,應當放開無形資產(此處主要是指知識產權、發明專利、技術)在工商注冊資金中比例的限制,對技術價值進行充分肯定,擴大企業對無形資產的運作空間,從而推動風險企業、風險投資的發展。
二、技術環境
我國近年來的經濟增長主要依靠:(1)自然資源的推動;(2)人力資本價格的推動;(3)消費市場的拉動;(4)投資拉動等四種途徑支撐。據估算,我國科技進步和技術創新對經濟增長的貢獻僅為20%,而經濟發達國家和工業化國家則達到65―85%。1992年,我國高科技產業產值僅占工業總產值的8%,遠落后于發達國家,美國為26.6%,日本為30.9%,英國為20.2%,德國為18.6%。由此可見,科技進步對我國經濟的增長貢獻很小。
1、從技術上看,我國經濟整體的技術含量并不高。目前我們還有相當比例風險投資以改造傳統產業為主。
2、我們的技術水平較低。通常,風險投資領域有五大類:信息技術(IT)、生物醫藥、新材料、環保和其他。其中,IT又包括互聯網,計算機軟件、硬件,通訊,電子等類型;生物醫藥包括生物工程,各種藥物和各種醫療器械等;其他包括光機電一體化,現代農業,媒體,傳統行業技術改造等等。
3、我國境內的國內風險投資公司、國外風險投資公司的投資領域比較:
(1)國內的投資更加分散,原因是技改項目過多;重大的、民用的技術并不處于世界領先地位。
(2)國外的風險投資集中于我國的IT行業,原因是:國外的投資機構掌握著IT的核心技術,經驗豐富,對風險投資的活動規律更為熟悉,比我國的風險投資起步早,普遍比我國機構早3年時間進入投資領域,投資的在1995、1996、1997年。
4、技術生命周期的影響,生物保健類產品的研制到產業化需要7―10年,甚至更長;而計算機硬件的研制到產業化僅需要18個月,正如摩爾定律所說,其技術性能成倍提高,而價格大幅度下降。很顯然,在相同的風險水平下,資金更愿投向回收期短、見效快的項目和領域。
三、稅收優惠
1、稅收優惠是世界各國和地區為鼓勵某種行業發展的通行的做法,稅收優惠主要有四個方面:稅收免除、降低稅率、增加資本抵減項目、增值稅。(1)在美國,資本收益稅是影響風險資本流動的最主要的因素:1969年,美國稅法提高了資本收益稅率,由21%提高到49%,使上世紀70年代風險資本市場急劇萎縮,風險投資幾乎被扼殺,1974年,只是由于放開了對養老金等機構資金的管制,風險投資才沒有滅亡,并開始復蘇;1981年,由于“斯基格修正案”和稅法法案的修改,個人最高資本收益稅由49%下降為20%,風險資本流入量劇增,使得風險投資又得到巨大發展;(2)臺灣的稅收優惠是投資抵減,創新企業的資本所得中,以抵減股本后凈值作為應稅所得;(3)澳大利亞政府鼓勵R&D支出,實行“讓稅150%”的稅收優惠,使得R&D不僅能夠保本,并且能夠得到增值:
應稅所得=(利潤-R&D*150%)
2、在我國稅法中,支持高新技術的條款如下:
(1)高新區內企業按15%稅率征收所得稅,新辦的高新技術企業自投產日免征所得稅2年;
(2)校辦企業免交所得稅,(不包括納稅企業盤入、合資、聯營、聯辦等形式。)比較來說,我國優惠較少;1優惠途徑單一,基本上是以減免優惠為主;2優惠面窄,只涉及高新區的高技術企業,及校辦產業;3關于稅收抵減,只限于加速折舊的提法上;4對天使投資人的優惠毫無涉及。
3、在稅法上,我國應當改進三點:(1)針對風險項目的不同階段,給予不同程度的抵減;早、中、晚各期投入資本承擔的風險不同,因此抵減程度也應不同。(2)風險企業不同于一般企業,所得稅率應有所差別;此外,對創業資本所得應進行必要的稅收優惠,如調整個人所得稅。鼓勵天使投資人等等。(3)應當認真考慮增值稅因素。由于增值稅是對產品增值部分征稅,但由于高科技產品消耗原材料少,其進項稅低而銷項稅高,使得無形的知識資本、風險資本負擔了較高的增值稅,這是不合理的,應當增加抵減項目,以減少風險資本和知識資本的增值稅負擔。
四、政府補貼和政府采購
世界各國普遍采用政府補貼和政府采購方式對高技術企業及其產業化進行鼓勵。
1、政府補貼,方式有3種:(1)R&D補貼,如德國對完全用于R&D的固定資產投資,給予投資額20%的補貼;(2)虧損補貼,如新加坡對投資于高新技術企業的投資公司,如果連續3年虧損,可獲得虧損50%的政策補貼;(3)匹配性補貼,如美國馬里蘭州政府的技術發展公司對補貼的企業,要求必須有2―4倍的私人資本相匹配。
2、政府采購及其作用。在美國,上世紀50年代硅谷40%的銷量來自軍方采購。通過政府采購,為尖端技術的產業化和民用化提供了有力的市場支持,可以這樣說,沒有軍方和政府的采購,美國早期的風險企業不可能發展起來。現在,美國每年政府采購支出占GDP的15%、政府全部支出的30%,如此龐大的規模確實可扶持其國內產業,增強競爭力。我國從1996年開始嘗試政府采購。通常,政府采購的目的有兩個,一是規范政府采購行為;二是盡可能通過政府采購扶持國內產業的發展。在信息產業里,通過政府采購扶持中小企業的發展是一個比較明顯的目的。我國于2002年6月出臺了《政府采購法》,以規范政府采購行為。我國目前政府采購方面,2001年,政府IT產品的采購支出僅僅為44億元人民幣,2002年,僅80多億元,與我國上萬億的IT市場相比,這是非常小的。因此,對中小型的高科技公司來說,政府采購是一個難得的機遇,應當盡力爭取;對政府來說,應當盡量采購本國高科技企業的產品,以達到扶持的目的。
五、社會配套環境
社會配套環境主要包括兩個方面,一是中介環境,一是人才培養。
1、中介環境
中介機構不僅能夠聯系“技術市場”和“資本市場”,而且對簡化投資進程、尋求投資、降低投資風險等很有幫助。中介環境的建設包括三個部分:
(1)要建立信息中介服務機構:高技術是無形的資產,技術交流與配套的信息需要有一個有形的市場予以公布和溝通;另外,創新實體的市場預測也需要市場研究機構、包裝上市輔導、投資顧問機構、服務等中介咨詢機構的服務。(2)要建立權威的評估機構:風險資本的進入必然涉及技術的入股,而退出(比如IPO、兼并收購、清算等),也要求評估總資產(包括技術等無形資產)的價值。因此這類中立的、公平的評估機構(由技術專家和資產評估師組成)是非常必要的。(3)要建立獨立的監督審計機構。通過社會的審計監督,能夠形成“會計、統計和審計”的財務監控。我國目前的評估和審計機構還都是行政隸屬機構,沒有民間化和獨立性,不能保證公正、公平、公開,也沒有形成全國性的權威(非行政權威)機構。
2、人才培養
但是,由美國次貸危機引起的金融危機席卷了全球,這場危機使得美國乃至全球軟件產業遭受到了沉重的打擊,一度令人艷羨的美國軟件業現在的前景看起來似乎不是那么明朗。
當前,在全球金融危機影響下,美國軟件業正面臨著一個特殊時期。很多人不禁要問,美國軟件業發展情況以及生存狀態是怎樣的,他們又將如何應呢?
美國軟件業收入繼續下降
Gartner研究認為,2010年全球軟件收入將略有回暖,但是全球經濟增長也只有1.5%,目前美國軟件主要的買家在亞太地區和拉丁美洲,而這兩個地區增加的軟件開支預測分別是4.3和2.5%,北美地區軟件開支預計總體將下降2.06%,而歐洲、中東,非洲略有0.45%的積極增長。“可以看見,美國尤其比其他地區都要糟糕”,Gartner執行副總裁JoanneCorrela指出。
然而,現在這一市場漸漸“已經走出谷底”,很多公司將開始增加IT預算資金。Gartner公司最新報告顯示,世界各地軟件支出增長表明技術市場已經觸底。根據Gartner四月到五月之間調查大約1000名IT專業人員的結果顯示,北美地區28%的公司預計籽增加2010年的軟件預算,然而歐洲,中東和非洲(EMEA)地區有25%的企業,亞洲/太平洋地區30%的企業預期與往年相同。
許多軟件銷售商如微軟和IBM的第二季度財務業績表明,相對于去年同期收入有所下降。這樣的公司的報告預測自己在未來一年業績將會增長。雖然目前看來,公司的軟件預算已走出谷底,并有上升的趨勢,但Gartner的報告認為我們應保持謹慎的樂觀。
Joanne Correia也提醒人們,不要指望任何戲劇性變化,雖然有利好消息,其他地區可能將有少量反彈。她同時也對軟件的服務質量表示擔憂。“盡管當前經濟形勢不夠好,但軟件廠商不應該以目前的經濟環境為借口,縮減其提供的服務質量”。編程語言的主流不變
近日,Tiobe公布了2009年5月的編程語言排行榜,本期榜單前十名沒有變化,Java、c、c++依然以絕對優勢占據前三甲的位置;Visual Basic在4月出現了1.16%的下滑,但依舊以8.631%的占有率守住前五名的關口。本期前十名的語言分別是:Java、c、C++、PHP、Visual Basic、Python、C#、JavaScript、Perl、Ruby。
市場研究公司Evans Data曾經做過調查,針對排名第十位的編程語言Ruby的調查結果表明,自2008年以來,Ruby腳本語言的使用率在北美軟件開發商中間增加了40%。根據Evans Data在上半年對北美開發商的調查,北美開發人員使用Ruby的部分時間,從2008年的10%增加到目前的14%。
此外,調查顯示,接下來的一年,近20%的開發商希望能夠使用Ruby。該調查對比了,編程語言的使用情況,包括腳本和動態語言,如Ruby、PHP和Perl,以及第三代語言如C、C++語言、C#和Java。同時,調查還認為平臺定位和其他技術的采用,其中包括云、Web services、SOA,并行編程和敏捷開發都是未來的趨勢。
調研發現,越來越多的開發人員因為使用腳本語言與當前強調以網絡為中心的應用開發息息相關,原因是面對當前迅速變化的市場為導向的要求,必須具備高度可塑性。
Evans Data公司總裁兼首席執行官John Andrews在一份聲明中提到;“有趣的是,我們看到Linux作為目標平臺繼續增加,這種發展反映了針對非Windows平臺目標的顯著增長。”
調查同時發現,有六成北美開發人員偶爾使用敏捷開發方法,有75%的應用開發商正在考慮云是否將需要審計線索。同時,商業SQL數據庫被用來作為主數據庫的機會,仍然比開源SQL數據庫可能要高2.5倍。
IT人員的失業率居高不下
就業率是一個社會穩定、經濟發展的一個保障。金融危機的到來,使得很多跨國IT巨頭也不得以采用裁員的手段,達到節約成本的目的。
根據美國勞工統計局季度調查數據顯示,在金融危機以前,美國IT行業的就業人數一直保持增長趨勢,但是在金融危機發生后的三個月中,失業人數一直在下滑,其中減少的IT職位包括計算機科學家、系統分析師、支持專員和軟件工程師等。
自從2007年第三季度以來,美國在IT行業的職位數量共增加了216000個。要不是計算機程序員職位的就業人數在第三季度大增了94000個,該季度的IT職位情況會更加糟糕。
在美國勞工統計局追蹤分析的八類IT職位中,編程職位的就業人數是最不穩定的――上個季度減少了55000個。在過去八年中程序員職位數量總體呈下降趨勢,不過本季度增長了94000個,是八年來最大的單季增長數。
危機對IT巨頭的影響
全球金融危機發生后,就有專家分析,引起全球金融危機爆發的原因之一,在某種程度上可以說是美國技術創新的增長速度落后于全球金融資本增長的速度。
今年4月27日,美國總統奧巴馬在美國國家科學院第146屆年會上宣布了在科學研究、創新等方面的新計劃和投資,鞏固與提升美國在科技創新方面的優勢,并以科技創新為動力推動美國從危機中復蘇。這與美國經濟學家熊彼特的理論如出一轍,他認為,創新是經濟增長的動力,是對生產要素和生產條件的“重新組合”,創新能夠帶來超額利潤。
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在美國軟件業,很多IT企業的掌舵人都非常清楚的認識到了創新的意義。這些IT巨頭在業績下滑之時,他們首先裁員的對象多是行政、人事,市場等,而對于研發人員并沒有敢“輕舉妄動”。他們應對金融危機的主要應對策略是放緩市場推廣、渠道擴展、公司規模等方面的行動,但是,他們絲毫沒有松懈,對技術創新和產品研發的投入。
今年3月,前CEO貝瑞特發表演講時說:“投資新創意和新發明,不僅能夠刺激產生更多的就業機會,還能提升生產力,促進新能源和更智能的能源消耗方式的產生,改善醫療保健,并讓消費者以更低成本獲得更多好處。”
而微軟的CEO史蒂夫?鮑爾默今年3月表示,不會因為國際金融危機而縮減研發預算,今年用于研發領域的投資將繼續擴大,超過90億美元。微軟公司全球資深副總裁張亞勤認為,真正有競爭力的公司往往把金融危機看成一次機會,反而在創新方面有更多的專注和投入。
另外一個IT巨人IBM的創新重點主要在于服務器、存儲、網絡和解決方案領域。同其他IT企業不同的是,IBM更注重將創新的先進技術和傳統行業相結合。
金融危機引爆開源軟件市場
全球金融危機下,一些開放源組織,積極推動各國政府采用開源軟件而不是使用商業軟件,業內人士認為,可供免費使用的開源操作系統及開源軟件將迎來春天。
隨著近20年來太赫茲通信相關技術的突破和快速發展,太赫茲通信已被各個國家和相關企業、研究機構作為重點研究領域。根據新興市場研究報告統計,全球太赫茲通信技術市場份額在2018年左右將增長到5.21億美元,年增長率約為37.2%。太赫茲技術被美國評為“改變未來世界的十大技術”之一(位列第四位),被日本列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首。我國也將太赫茲技術研究作為提高國家科技創新能力,促進社會發展和國家安全的前瞻性戰略研究方向。太赫茲(Terahertz,1THz=1012Hz)泛指頻率在0.1~10THz波段(對應波長為30~3000μm)范圍內的電磁波,介于紅外和微波之間。太赫茲波的位置處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡階段。以往由于缺乏有效的太赫茲波產生和檢測的方法,因此對太赫茲波的研究較為有限,使其成為電磁波譜研究上的“太赫茲空隙”(TerahertzGap)。
2國內外研究現狀
太赫茲通信技術的快速發展使得太赫茲通信越來越受到國際各國的關注和重視。我國政府在2005年底專門召開了香山科學會議,結合國內太赫茲通信技術研究領域專家集中討論我國太赫茲通信技術的發展和前景,制定太赫茲通信技術的發展關鍵領域和規劃。我國太赫茲通信技術研究受到政府和各研究機構的廣泛重視。在各高校和研究機構也先后成立了國家重點實驗室、研究所和研究中心,這主要包括中國科學院上海微系統所、首都師范大學、中國科學院物理研究所、中國工程物理研究院等。相對于國內的太赫茲技術的研究熱潮,國際各國也對太赫茲技術投入了巨大。美國早在2004年就將太赫茲通信作為“改變未來世界的十大技術”之一,并已于2006年將太赫茲通信列為國防重點科學。美國從事太赫茲通信技術的研究工作的主要研究機構包括:數十所大學及其國家實驗室,如國家航天局(NASA)、美國國家基金會(DSF)和國家衛生學會(NIH)等,另外還有一些公司如BELL、IBM等也都在開展太赫茲通信技術的研究工作。歐洲國家從事太赫茲通信技術研究的主要研究機構包括:英國Rutherford國家實驗室、劍橋大學、里茲大學等十幾所大學,德國的KFZ、BESSY、Hamburg等大學。歐洲國家還利用歐盟的資金組織了跨國家的太赫茲通信技術大型合作研究項目。在亞洲國家從事太赫茲通信技術研究的主要研究機構包括:韓國國立漢城大學、浦項科技大學、國立新加坡大學、臺灣大學、臺灣清華大學等。日本在2005年就將太赫茲技術確立為國家支柱技術十大重點戰略目標之一。東京大學、京都大學、大阪大學以及SLLSC等公司都大力開展THz的研究與開發工作。近年來,國際上太赫茲通信技術重要的研究成果參見表2。
3太赫茲通信的技術特點
由于太赫茲波處在電磁波譜的特殊位置,使其具有很多獨特的技術特點和性質。從頻譜上看,太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間;從光學領域看,太赫茲波被稱為遠紅外射線;從能量上看,太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。太赫茲光波不僅擁有與光相同的直進性,還具有與電波相似的穿透性和吸收性。太赫茲波的主要技術特點如下:
(1)太赫茲波的穿透性強
由于太赫茲波自身包含豐富的光譜信息,且具有很好的光譜分辨特性,對很多介電材料與非極性液體具有良好的穿透性。因此,太赫茲波不僅可以作為探測材料性質的檢測工具,還可以作為通信工具在煙霧、沙塵等惡劣環境下進行通信工作。
(2)太赫茲波的光子能量較低
根據測量結果,頻率為1THz的太赫茲波僅具有4.1meV的光子能量,約為X射線光子能量的百分之一量級,因此太赫茲波不易對生物組織產生傷害。相比于傳統使用DWDM等技術進行有線光通信而言,太赫茲通信的能量效率更高。(3)太赫茲通信傳輸的容量大相對于微波通信而言,由于太赫茲波的頻段在108~1013Hz之間,比微波通信高出l~4個數量級,使得太赫茲波的傳輸信息量更大。同時,太赫茲通信與高階的編碼調制技術相結合,可進一步提升無線通信的傳輸容量,滿足大容量傳輸場景的通信要求。
(4)太赫茲波方向性好,保密程度高
由于太赫茲波束比微波更窄,且能夠有效地抑制背景輻射噪聲的影響,因此可以保證信息傳送精度的同時,使太赫茲通信滿足具有更好的保密性能。
(5)太赫茲通信更適合于短距離通信場景
由于強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用,因此太赫茲波在空氣中傳播時,水分子將對其造成傳送損耗,因此太赫茲通信更適合于短距離的通信。
4太赫茲通信技術的應用
隨著各國研究機構對太赫茲技術的深入研究和突破,太赫茲波在空間通信、安全檢測、生物醫學和天文觀測等領域均具有重大的科學價值和廣闊的應用。太赫茲波的主要應用領域如下:
(1)在空間通信方面
在空間通信方面,太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力,因此適用于惡劣環境下的短距離保密通訊,也適用于高帶寬需求的衛星通信領域。國際通訊聯盟已經指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛星間通信。
(2)在安全檢測方面
在安全檢測方面,太赫茲波對很多非極性物質有很強的穿透能力,可以進行遠距離探測和高分辨率的成像。在軍事偵察、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術保證。
(3)在生物醫學方面
在生物醫學方面,太赫茲波易被極性分子吸收,光子能量低。因此,太赫茲波可以在生物醫學領域有眾多的應用場景提供新型的醫療手段,如醫療樣品的人體燒傷程度檢測,生物傳感探針治療等。
(4)在天文觀測方面
在天文觀測方面,太赫茲波波段比其他波段具有更低的背景噪聲,同時借助強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用的特性,可以對宇宙中諸多物質進行探測。太赫茲波也被廣泛地應用于恒星形成、星系演化以及宇宙學等方面的研究領域中。
5太赫茲通信的發展趨勢
太赫茲技術經過了多年的演進和發展,已經成為重要的通信方式和信號載體被大量研究和部分應用。但是在太赫茲源、太赫茲傳輸、太赫茲調制方式和太赫茲探測技術方面還不成熟,還有諸多的研究和提高空間。同時,如何克服大氣水分子對太赫茲波的強烈吸收作用等不利因素也是制約其發展的重要問題。太赫茲通信的技術研究方向主要有以下幾個方面:
(1)高功率的太赫茲源
目前,太赫茲通信系統的太赫茲源輸出功率通常偏低。太赫茲源的功率高低直接決定了太赫茲通信系統的傳輸距離和信息傳送質量。而且,在保證太赫茲源功率提高的同時,還必須考慮太赫茲源工作穩定性、安全性等方面的要求。
(2)調制技術和調制器件的研究
太赫茲通信系統的理論研究相對較多,實際應用的系統較少,且傳輸性能不高。研究和采用適合太赫茲通信傳輸的調制技術和調制器件,將大幅提高信號傳輸性能,使其應用場景更為廣泛。
(3)優化高靈敏的太赫茲探測技術
不同傳輸環境對太赫茲通信的探測技術存在不盡相同的影響,因此需進一步研究采用合適、高效的電子處理技術,提高太赫茲探測技術的靈敏度,進一步提高太赫茲通信系統的能力和優勢。
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