1 679篇文献共出现2 117个关键词(保证频次前100的关键词完全清洗),累计频次为7 101次;本文选取频次排名前30的关键词作为高频词,这些高频词累计出现频次达2 921次,约占所有关键词总频次的41.1%。高频关键词的名称和出现频次如表1所示。

通过对30个高频关键词进行共现分析,生成共词矩阵。然后利用SPSS软件进行多维尺度分析,通过二维空间展示各对象之间的关系(图2)。

从图2的多维尺度分析结构图可以看出,聚合物波导光互连技术的研究热点大致可分为以下3类：热点知识群Ⅰ主要围绕聚合物波导光互连技术的应用,关键词包括光开关(optical switch)、聚合物电光调制器(polymeric electro-optic modulator)、聚合物波导耦合器(polymer waveguide coupler)、聚合物阵列波导光栅(polymer arrayed waveguide grating)、传感器(sensor)、电光印制电路板(electro-optical printed circuit boards,EOPCB)和光背板(optical backplane)等;热点知识群Ⅱ研究的是制备光波导用聚合物材料,其热点高频词主要有聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、染料掺杂(dye-doped)和氟化聚酰亚胺(fluorinated polyimide);热点知识群Ⅲ代表的是聚合物波导成型工艺,关键词包括光漂白(photobleaching)、紫外光直写(UV-light imprinting)、纳米压印(nanoimprint)和反应离子蚀刻(reactive ion etching)。

结合上述多维尺度分析结果,经过专家判读,本文对各项技术属性进行层次排序,选取相对更优的技术属性,构建出聚合物波导光互连技术的形态矩阵,如表2所示。

将表2中的各个属性水平进行排列组合,可形成实现聚合物波导光互连技术的各种技术方案,如该矩阵中的“聚甲基丙烯酸甲酯+反应离子蚀刻+电光印制电路板”技术组合,就可以作为实现聚合物波导光互连技术的一项关键技术。同理,该矩阵可生成84种(7×3×4)排列组合方案。

针对上述84种技术方案,与WOS数据库中检索到的相关文献的关键词进行比对,发现只有3种技术方案有文献研究记载。这3种方案分别为“聚甲基丙烯酸甲酯+光漂白+聚合物电光调制器”(效用值1.055 556)、“聚甲基丙烯酸甲酯+光漂白+聚合物阵列波导光栅”(效用值0)和“染料掺杂+光漂白+聚合物阵列波导光栅”(效用值0)。由于3类属性水平排列组合所得的技术方案组合只有极少方案有文献记载,因此本文分两种情况进行排列组合,即聚合物光波导器件及其应用与聚合物波导成型工艺组合、聚合物光波导器件及其应用与制备光波导用聚合物材料组合。

将聚合物光波导器件及其应用与聚合物波导成型工艺两种属性的各个水平进行排列组合,共得出28种(7×4)排列组合方案。通过文献内容分析发现还有8种技术方案尚未被研究。经专家判读,最后确定本部分尚不存在技术组合方案互相矛盾或明显不合理的现象。但有专家指出,形态矩阵列表中的“电光印制电路板”和“光背板”属于类似的两种应用。

4.3.1 技术属性效用回归分析

本文根据B. G. Yoon、Y. T Park提出的技术寿命(lifetime)概念^[9],用每种技术方案对应文献改进后的引证频次来代表其效用值大小。而要获得技术属性的总效用需要先算出各属性水平的效用值,然后再将每种方案对应各个技术水平的效用值相加。

表3中的Y值代表每种已开发技术方案组合对应文献的引证频次,如第3行的3.017 172,由方案组合“聚合物波导耦合器+反应离子蚀刻”所对应3篇文献的效用值相加所得,该技术2004年见刊1篇、2000年见刊1篇和1997年见刊1篇;各年份文献的被引频次依次为14次、17次和11次,而检索日期截止至2014年,固以2014年为参考年份,则该技术方案对应文献的引证频次 。

同理,其他技术方案组合的效用值也可通过这种方法算出,具体数值如表3所示。

表3中其他列的数据说明如下：第1列(B₀)为随机系数,第2列至第10列(B₁~B₉)依次为0~1哑元法代表的所有属性的各个水平变量,当某一特性水平出现时取1,不出现则取0。同时为了减少参数数量,本文删除了各属性的最后一个水平,并设定某一属性的最后一个水平出现时,前面所有水平均取0。以第2行为例,聚合物波导光互连技术的第1个属性为聚合物光波导器件及其应用,含7个特性水平,其中B₁为1,说明第1个水平“电光印制电路板”出现,其他水平不出现(B₂、B₃、B₄、B₅、B₆皆为0);第2个属性有4个特性水平,而B₇、B₈、B₉都为0,说明第1、第2、第3个水平均不出现,第4个水平“纳米压印”出现。所以第2行对应的技术方案组合为“电光印制电路板+纳米压印”,其效用值为0.500 000。

将表3数据输入SPSS软件,进行多元回归分析,所得结果如表4所示。被解释变量和解释变量的复相关系数R值为0.818,判定系数R²值为0.669,说明此模型对数据的拟合程度一般,这可能与文献引证频次的滞后性有关。

计算出效用函数模型中的各个系数值：B₀=7.438、B₁=–7.453、B₂=–5.877、B₃=–7.769、B₄=–5.253、B₅=–1.411、B₆=–7.241、B₇=3.062、B₈=–1.834、B₉=0.529。

根据0~1哑变量系数的特点,每个0~1变量系数代表不同水平效用与基础水平效用的差距。联立各效用方程,可以得出以下方程组：

$$\left\{\begin{array}{rcl}a_{11}-a_{17}=B_1 \\ a_{12}-a_{17}=B_2 \\ a_{13}-a_{17}=B_3 \\ a_{14}-a_{17}=B_4 \\ a_{15}-a_{17}=B_5 \\ a_{16}-a_{17}=B_6 \\ a_{11}+a_{12}+a_{13}+a_{14}+a_{15}+a_{16}+a_{17}=0\end{array} \right. \ \ \left\{\begin{array}{rcl} a_{21}-a_{24}=B_7 \\ a_{22}-a_{24}=B_8 \\ a_{23}-a_{24}=B_9 \\ a_{21}+a_{22}+a_{23}+a_{24}=0\end{array} \right.$$

依次解得

$$\left\{\begin{array}{rcl} a_{11}=-2.452;a_{12}=-0.876;a_{13}=-2.768;a_{14}=-0.252;a_{15}=-3.590;a_{16}=-2.240;a_{17}=5.001 \\ a_{21}=2.623;a_{22}=-2.273;a_{23}=0.090;a_{24}=-0.439\end{array} \right.$$

其中,a_ij 为第i个属性第j 个水平的效用值。

由效用函数可以计算出衡量每一特性属性重要程度的指标,即相对重要程度,该模型中两个属性的相对重要程度计算如下：

C₁={max(a_1j)-min(a_1j)}=5.001+2.768=7.769

C₂={max(a_2j)-min(a_2j)}=2.623+2.273=4.896

因此,W=[W₁W₂]^T=[ 0.6134 0.3866]^T

综合上面两步,可以得到表5。

从技术属性的相对重要性来看,聚合物光波导器件及其应用属性的相对重要程度较高,达61.34%,而聚合物波导成型工艺属性的相对重要程度为38.66%。

4.3.2 组合方案技术机会分析

由表5可知,聚合物光波导器件及其应用属性中效用值最高的水平是“光背板”,而聚合物波导成型工艺属性效用值最高的水平是“反应离子蚀刻”。从理论上看,两者所对应组合“反应离子蚀刻+光背板”,就是聚合物光波导器件及其应用与聚合物波导成型工艺组合方案的最优技术配置,而该方案所对应技术处于已被开发状态。

同理,将各技术组合方案对应的水平效用值相加,可以得到任一技术方案组合的效用值。下面分别列出排名前5的已被开发和处于配置空白的技术方案,具体如表6和表7所示。

本文认为,针对被评价技术,得分低的技术方案视为技术机会小;得分高但已被开发的技术方案组合可视为当前主流热点技术,技术机会大,但竞争也较大;得分高且未被开发的技术方案组合,则视为新兴技术,潜力巨大,正是本文需要寻求的技术机会。分析表7可知,“光背板+紫外光直写”方案应该是聚合物波导光互连领域下一步的技术研发重点。

同理,利用SPSS软件对聚合物光波导器件及其应用与制备光波导用聚合物材料技术方案组合进行多元回归分析(原始数据如表8所示),计算出各水平的效用值和相对重要程度(表9),并将各技术组合方案对应的水平效用值相加,得出任一技术方案组合的效用值。下面分别列出排名靠前的已被开发和处于配置空白的技术方案,具体如表10和表11所示。

就理论分析而言,“聚合物波导耦合器+染料掺杂”组合应该是聚合物波导光互连领域下一步的技术研发重点。有技术专家指出,采用染料掺杂聚合物材料制备聚合物波导耦合器的制造工艺相对简单,难度相对较小;同时,采用氟化聚酰亚胺材料制备聚合物波导耦合器的工艺也较为简单;而采用染料掺杂聚合物材料制备电光印制电路板,这项配置方案的实际制造工艺难度较大,目前仍处于初步探索阶段。因此,排名第3的技术方案“电光印制电路板+染料掺杂”也具有较高研究价值,潜力较大。