JP2004246135A - Optical add/drop multiplexer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる光アド/ドロップマルチプレクサに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、光通信設備において光路の切り替えに用いられる種々の光スイッチが知られている。例えば、光アド/ドロップマルチプレクサ(Optical Add/Drop Multiplexer;OADM)として、熱光学効果を用いた光スイッチ素子が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
熱光学効果を用いた光スイッチ素子には、石英基板上に複数の導波路が形成されている。光スイッチ素子は複数のスイッチを含んでおり、一つのスイッチはカプラ部と2本のアームから構成されている。このような光スイッチ素子は、いわゆる干渉系の素子と称される。光路は、一方のアームに取りつけたヒータの熱で屈折率を変化させて切り替えられる。より具体的には、熱で屈折率を変化させることにより、2本の出力ポートのいずれにも任意に切り替えることができる。非特許文献1に示す例では、光スイッチを3個用いて入力ポートからの光を出力ポートと分岐ポートとの間で切り替え、そして挿入ポートからの光を出力ポートに導くように構成されている。多数の入力・アド・出力・ドロップポートを設けた光アド/ドロップマルチプレクサOADMを得るためには、複数のスイッチでアレイを一体化して構成することになる。
【0004】
別の光スイッチとして、ポリマーフィルムを利用したポリマー導波路型光スイッチも知られている(例えば、特許文献1参照)。この光スイッチでは、ポリマーフィルムに切れ目が入れられており、この切れ目の間隙を接近、および離反させることで光の進行方向を切り替えている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−174784号公報
【非特許文献1】
“光ADMリングシステム” NTT R&D 平成12年1月号 pp.50−58
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱光学効果を用いた従来の光スイッチは、挿入損失が12dBと大きいという問題がある。ADM装置では、入力ポートからの光を出力ポートに出力したとき(スルー動作)時の損失が重要である。また応答速度が10msレベルと遅く、また、使用環境の温度にも影響を受けやすいという欠点がある。
【0007】
また、従来のポリマー導波路型光スイッチでは、1x2スイッチのアレイ化について考察したものはなく、応用範囲が限られ、例えば大規模ネットワークでの利用ができなかった。
【0008】
本発明の目的は、スルー挿入損失が小さい光アド/ドロップマルチプレクサOADMを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による光アド/ドロップマルチプレクサは、第1の光信号を入力する入力ポートと、前記第1の光信号を外部に出力するドロップポートと、前記第1の光信号とは異なる第2の光信号を入力するアドポートと、前記第1の光信号または前記第2の光信号を外部に出力する出力ポートと、前記第1の光信号が出力されるポートを切り替える第1のスイッチ機構と、前記第2の光信号が出力されるポートを切り替える第2のスイッチ機構とを備えている。この光アド/ドロップマルチプレクサの前記第1のスイッチ機構は、前記第1の光信号が伝搬する入力ポート用導波路を横断する第1の切れ目、および、該第1の切れ目を開閉して前記第1の光信号の透過および反射を制御する第1の駆動部を有し、前記第2のスイッチ機構は、前記第2の光信号が伝搬するアドポート用導波路を横断する第2の切れ目、および、該第2の切れ目を開閉して前記第2の光信号の透過および反射を制御する第2の駆動部を有する。これにより上記目的が達成される。
【0010】
さらに本発明による光アド/ドロップマルチプレクサは、第1の光信号を入力する入力ポートと、前記第1の光信号を外部に出力するドロップポートと、前記第1の光信号とは異なる第2の光信号を入力するアドポートと、前記第1の光信号または前記第2の光信号を外部に出力する出力ポートと、前記第1の光入力信号を、前記出力ポートおよび前記ドロップポートのいずれから出力するかを切り替えるスイッチ機構であって、前記第1の光入力信号を前記ドロップポートから出力する場合には、前記第2の光信号を前記出力ポートから出力するスイッチ機構とを備えている。前記スイッチ機構は、前記第1の光信号が伝搬する入力ポート用導波路を横断する切れ目、および、該切れ目を開閉して前記第1の光信号の透過および反射を制御する駆動部を有する。これにより上記目的が達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面では、同じ機能および構成を有する構成要素には、同じ参照符号を付している。
【0012】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1による光アド/ドロップマルチプレクサ(Optical Add/Drop Multiplexer;OADM)100の構成を示す図である。光アド/ドロップマルチプレクサ100は、入力光をドロップ(分岐)するドロップ部10と、新たな光信号をアド(挿入)するアド部20を備えている。いずれも光スイッチを備えており、光スイッチを動作させることにより上述の動作を実現する。図4は、ドロップ部10の外観図である。アド部20も同様の構成であることから、図4に示す素子を2つ並べて配置することにより、光アド/ドロップマルチプレクサ100が得られる。なお図4のより詳しい説明は後述する。このようにドロップ部10およびアド部20の2対で構成することにより、一方の素子に故障が発生した場合でも修理交換が容易になる。
【0013】
再び図1を参照して、光アド/ドロップマルチプレクサ100の構成を説明する。ドロップ部10およびアド部20のいずれにおいても、光スイッチはポリマーフィルム1の導波路上に形成されている。まずドロップ部10は、4つの光スイッチ11−1〜11―4をアレイ状に備えている。いずれも同じ構成であるため、以下では光スイッチ11−1のみを説明する。
【0014】
光スイッチ11−1は、ネットワークからの光信号を受け取る入力ポート12と、入力光をドロップするドロップポート13と、入力信号をスルー出力するスルーポート16とを有する。各ポートに対応する光導波路がポリマフィルム1内に形成されている。ここで、入力ポート12からの光導波路とドロップポート13からの光導波路はそれぞれ、ポリマフィルム1端面から垂直に伸び、その後、互いの方向に向かって45°屈曲して、約90°で交差する。入力ポート12からの導波路はその後、真っ直ぐ延び、再び屈曲してスルーポート16へと至る。光スイッチ11−1はさらに、溝15を有する。溝15は、入力ポート12およびドロップポート13が交差する位置においてポリマーフィルム1に形成された切れ目である。溝15に対応して、スイッチ機構(図示せず)が設けられている。スイッチ機構は、溝15を形成する切れ目を開閉することにより、光を透過させ、または反射させる。これにより入力ポート12からの光を、ドロップポート13またはスルーポート16にスイッチングできる。
【0015】
ここで溝15周辺部のより詳しい構成、および、スイッチ機構の動作原理を説明する。図2の(a)および(b)は、溝15およびスイッチ機構30の断面図である。まず図2の(a)は、光が透過する状態を示す図である。光33が伝搬するコア部は、ポリマーフィルムである導波路14のほぼ中央に形成されており、図では光33を示す矢印に重畳した実線として示されている。導波路14は押さえ板32で挟まれている。押さえ板32は溝15部分で開口しており、溝15に対応してスイッチ機構30が設けられている。スイッチ機構30の駆動部31−1および31−2は、溝15部分の導波路14と接触して溝15を間に挟んでいる。駆動部31−1および31−2は、圧電アクチュエータ等である。溝15である切れ目は、導波路14のコア部を横断するようにポリマー導波路14の途中まで形成されている。図2の(a)では、溝15が設けられた側の駆動部31−1がポリマーフィルムを押圧して、溝15を完全に閉じている。このとき溝15における導波路14内のコア部は密着しているため、コアを伝搬する光33は溝15の存在を感じずにそのまま透過していく。
【0016】
一方、図2の(b)は、光が反射する状態を示す図である。まず、導波路14は押さえ板32で押さえられているので、溝15が設けられた側と反対側の駆動部31−2が駆動されて導波路14を押し上げると、溝15が開く。開いた溝15の中には空気層ができる。コアを伝搬した光34は、コアと空気層との間の屈折率差によって全反射する。
【0017】
なお、押さえ板32の開口径は、反射動作に必要な駆動部の押し上げ量と密接な関係がある。例えば、開口径が300μmの場合には、押し上げ量は10μm程度必要となる。開口径が大きければ大きいほど必要な押し上げ量は増加し、小さいと押し上げ量は減少する。
【0018】
以上のようにスイッチ機構30の駆動部31−1および31−2を駆動することにより、光を透過させるか、または反射させるかを選択できる。
【0019】
再び図1を参照して、アド部20の構成を説明する。アド部20は、4つの光スイッチ21−1〜21−4から構成されている。各光スイッチ21−1〜21−4の構成および動作は同じであるので、光スイッチ21−1のみを説明する。アド部20の光スイッチ21−1は、光信号をネットワークに出力する出力ポート22と、新しく光信号をアドするアドポート23と、ドロップのスルーポート26と、ファイバによって接続させるスルーポートとを備えている。導波路は、スルーポート26と出力ポート22からそれぞれ屈曲した後に直線で接続され、アドポート23からの導波路は屈曲した後、出力ポート22からの導波路と約90°で交差する。なおアド部20の光スイッチ21−1には、アドポート23と直線で接続される導波路が存在する。この導波路は、後述するクロストーク光を排除するために用いられる。光スイッチ21−1は、出力ポートの導波路の経路の途中に可変減衰器24を備えている。可変減衰器24は、出力ポートへ出力される光信号の光量を調節する。例えば、アド/ドロップマルチプレクサでは、スルー光、アド光の光出力はそれぞればらつきがあるため、可変減衰器24を用いて出力を等しくする。可変減衰器24は、周知であるので、その具体的な構成の説明は省略する。光スイッチ21−1においても、出力ポート22とアドポート23の導波路が交差するポイントには溝25が形成されており、図2を参照して説明した方法と全く同様の方法によって溝25を開閉して、出力ポート22へ導かれる光をスルーポート26からの光とするか、アドポート23からの光とするかをスイッチングできる。
【0020】
次に、光アド/ドロップマルチプレクサ100全体の動作を説明する。なお、以下の説明においても、ドロップ部10の光スイッチ11−1、およびアド部20の光スイッチ21−1を例に説明する。光アド/ドロップマルチプレクサ100の動作は、大きく、スルー動作とアド/ドロップ動作に分けることができる。図3の(a)は、スルー動作時の溝15の開閉状態と光路との関係を示す図である。図3の(b)は、アド/ドロップ動作時の溝15の開閉状態と光路との関係を示す図である。
【0021】
図3の(a)に示すように、スルー動作時には、光スイッチ11−1の溝15と光スイッチ21−1の溝25とは閉じている。これにより入力ポート12からドロップ部10に入力された光は溝15をそのまま透過し、スルーポート16から出力される。その光は、ドロップ部10のスルーポート16と、アド部20のスルーポート26とを接続する導波路を伝播する。そして、アド部20のスルーポート26から入力され、溝25を透過して可変減衰器24を経て出力ポート22から出力する。
【0022】
一方図3の(b)に示すように、アド/ドロップ動作時には、光スイッチ11−1の溝15と光スイッチ21−1の溝25とは開いている。これにより、入力ポート12からドロップ部10に入力された光は、溝15の端面で反射してドロップポート13から出力される。この光は受光部(図示せず)で電気信号に変換され、他のネットワークへと出力される。また、アド部20では、アドポート23からの光が入力され、溝25の端面で反射し、可変減衰器24を経て出力ポート22から出力される。このように、ドロップ部10の溝15とアド部20の溝25は互いに連動する。
【0023】
光アド/ドロップマルチプレクサ100の動作において重要なのが、ドロップ部10においてクロストーク光が発生しても、アド部20の出力ポート22にその影響が出ないことである。より詳しく説明すると、アド/ドロップ動作時(図3の(b))に、入力ポート12からの光の一部がスルーポート16に漏れ出し、導波路を経てアド部20のスルーポート26へ到達し、そしてアド部20の出力ポート22から出力されてしまうことがある。このスルーポート16に漏れ出した光がクロストーク光19である。クロストーク光19はアド部20の光信号と混ざり合うため、信号の品質を大きく劣化させる。
【0024】
本実施の形態によるアド部20では、アド部20の溝25が開いていることから、クロストーク光19は溝25の端面で全反射する。よってクロストーク光19が溝25を超えて出力ポート22に出力されることはない。なお全反射したクロストーク光19は、スルーポート26側に図示されている他方のポート(クロストークポート)から出力される。このように、2つの溝15および25を連動して開閉することにより、クロストーク光19の出力を大きく減少させることができる。例えば、溝が開いた状態における光の透過量を−30dBとすると、この2段構成により、出力ポート22に漏れこむ量は−60dBとなる。これは実用上全く問題のないレベルである。なおスルー動作時に、入力ポート12からの光がドロップポートに漏れこむ場合も存在する。しかし、スルー動作ではドロップポート後段の受光器をOFF状態にするので、特に問題は生じない。以上から、光アド/ドロップマルチプレクサ100によればクロストーク光を確実に除去できるため、出力される光信号の品質を十分高くできる。
【0025】
次に図3の(c)は、ドロップ&スルー動作時の溝15の開閉状態と光路との関係を示す図である。「ドロップ&スルー」動作とは、入力ポート12からの一部の光はドロップポート13に出力し、残りの光はスルーポート16から出力する動作である。「ドロップ&スルー」動作を実現するためには、ドロップ部10の溝15は半分開いた状態とする。これは、下側に配置した駆動部31−2(図2)が導波路14(図2)を押し上げる量を反射時よりも少なくすることにより実現できる。これにより、入力ポート12から入力された光の一部は反射してドロップポート13から出力される。そして残りの光は溝15を透過してスルーポート16から出力され、アド部20の閉じた状態の溝25を透過して、出力ポート22から出力される。ドロップポートへの光の分岐比は駆動部の押し上げ量を調整することによって自由に設定できる。
【0026】
以上説明したドロップ部10およびアド部20の各光スイッチの溝15、25は、独立して駆動できるので、各入力ポートを独立してスイッチングできる。これにより、アドドロップマルチプレクサノードとして、任意の波長、任意の波長数の光をアドドロップでき、ネットワークの流動的な情報量の増減にフレキシブルに対応できる。
【0027】
次に、光アド/ドロップマルチプレクサ100の具体的な外観構成を説明する。図4は、ドロップ部10の外観図である。このようなドロップ部10は、図5の状態から完成される。上述のようにアド部20も同様に組み立て、完成させることができる。図5は、実施の形態1によるアド/ドロップマルチプレクサ(Add/Drop Multiplexer;ADM)の組み立て構造を示す図である。
【0028】
光スイッチ11−1(図1)は、コアがポリマーフィルム1内に形成されている。ポリマーフィルム1の表面には、4つのスイッチにわたって一本の直線の溝として溝15が形成されている。まず、この溝を開閉させる駆動部31−1の構造を説明する。ポリマーフィルム1を4つの開口(例えば、開口32−1)が空いた押さえ板32で上下から挟む。これによって、溝は一本ではあるが、4つのスイッチ部は独立に溝開閉を行うことができる。この開口は、丸穴と溝15と同一方向に長径を持つ楕円の組み合わせ形である。開口32−1の丸穴は、ポリマーフィルム1を押圧するボール101の位置を固定する役割を有する。また開口32−1の楕円穴は、より小さな押圧力で溝15を開閉する役割を有する。各開口の丸穴部にボール101に嵌め込む。表面に溝15を設けた面側の各ボール101の上にはコンタクトピン102を配置し、そしてさらに上方にバネアレイ103が配置される。この構造により、バネアレイ103のバネがコンタクトピン102を押し、そして、コンタクトピン102がボール101を、そしてボール101がポリマーフィルム1を押圧する。以上のように駆動部31−1が構成され、動作する。
【0029】
ここで、ボール101を用いているのは、ボール101は非常に高い寸法精度で製作することができるため、押圧ポイントと溝15の位置とを精度良く位置合わせできるからである。このようにボール101を用いることにより、コンタクトピン102のサイズや位置精度は厳密でなくてもよくなり、ある程度ラフでもよい。
【0030】
一方、溝15を形成された面とは逆の面側にも、駆動部31−2が設けられる。まず溝15を形成された面とは逆の面に、押さえ板32とボール104とが配置される。そして、ボール104の下にはピエゾアクチュエータアレイ105が配置される。バネ103は常に各溝部を押圧しているため、ピエゾアクチュエータ105が駆動していないときは常に透過状態となる。溝15を反射状態にしたい場合にはピエゾアクチュエータ105を駆動させて変位させることにより、ポリマーフィルム1が押し上げられ、溝15を開かせる。バネ103の荷重をピエゾアクチュエータ105の発生力よりも小さくすることで、透過と反射を切り替えることができる。各ピエゾアレイの下部にはピエゾアクチュエータ105に電圧を印加する電極ピン106がつけられている。ピエゾアクチュエータ105を駆動するための回路基板はピエゾアクチュエータ105の下に配置されており、基板に設けたピンホール108により回路から各ピエゾアクチュエータ105に電圧を印可する。また、この回路には、どのスイッチ部を駆動するかのADM制御信号を受け取るADM制御信号入力部109を有する。ポリマーフィルム1(導波路)の両端面にはファイバアレイ110を接合する硝子ブロック111が上下から接着されており、硝子ブロック111とファイバアレイ110とを接着する。
【0031】
このように本発明のドロップ部10およびアド部20では、多数のポートを有する場合であっても各部品が1次元アレイ構成であり、容易に組み立てられるとともに、コストを低減できる。なお、本実施の形態では、4ポートのアド/ドロップマルチプレクサを示して説明した。しかし、本実施の形態はその数に限るものではなく、ポート数であってもよい。
【0032】
なお本実施の形態では、例えば図1に示すように、ドロップ部10とアド部20とを別体で構成した。しかし図6に示すように、アド切替部とドロップ切替部を1体として構成することもできる。図6は、実施の形態1の変形例による光アド/ドロップマルチプレクサ160の構成を示す図である。光アド/ドロップマルチプレクサ160もまた、4つの光スイッチ61−1〜61−4から構成されているので、光スイッチ61−1についてのみ説明する。光スイッチ61−1は、ポリマーフィルム1上に形成された導波路64を有しており、さらに入力ポート12と、ドロップポート13と、出力ポート22と、アドポート23と、可変減衰器24と、溝65とを備える。溝65が閉じている状態では、入力ポート12からの光は溝64を透過し、そして、そのまま出力ポート22から出力される。一方、溝65が開いている状態では、入力光は、溝65の端面で反射し、ドロップポート13から射出される。このときアドポート23からの光も同様に溝65の端面で反射され、出力ポート22から射出される。このような構成によれば、1つの溝でドロップへの切替、アドへの切替が可能となるので、光アド/ドロップマルチプレクサ160をコンパクトに形成できる。またスイッチ機構の構成要素の部品点数が少なくなるので、マルチプレクサを容易かつ安価に製造できる。
【0033】
(実施の形態2)
本実施の形態では、アド/ドロップする導波路の構造の変形例を説明する。
【0034】
アド/ドロップマルチプレクサでは、透過(スルー)する光の挿入損失が、ドロップやアドの損失よりも重要である。その理由は、アド/ドロップマルチプレクサを介したネットワークでは、光信号は多数のアド/ドロップマルチプレクサを通過するので、アド/ドロップマルチプレクサ通過時の挿入損失が小さければ小さいほどネットワークの規模を大きくできるからであり、さらに、ドロップやアドは、光信号にとっては各1度しか発生しないからである。
【0035】
実施の形態2では、スルー損失が小さい光アド/ドロップマルチプレクサの構成を説明する。図7は、実施の形態2による光アド/ドロップマルチプレクサ170の構成を示す図である。なお図ではドロップ部70の光スイッチ71−1およびアド部80の光スイッチ81−1は、各1つしか示していないが、これは例であり、図1のように複数組存在してもよい。
【0036】
光アド/ドロップマルチプレクサ170が光アド/ドロップマルチプレクサ100と異なるのは、ドロップ部70の入力ポート12からスルーポート16に至る導波路(以下、「光スイッチ71−1のスルー導波路」と称する)、および、アド部80のスルーポート26から出力ポート22に至る導波路(以下、「光スイッチ81−1のスルー導波路」と称する)を直線にしたことにある。すなわち入力ポート12からの光スイッチ71−1のスルー導波路は、フィルム端面から垂直に延び、そのまま真っ直ぐ逆端面まで伸びてスルーポート16と接続される。同様に、光スイッチ81−1のスルーポート26から出力ポート22へ至る導波路も直線である。このように構成したことにより、光の導波路伝搬損失を限りなく小さくできる。
【0037】
一方入力ポート12からドロップポート13へも光信号を伝送しなければならないため、溝75は、光スイッチ71−1のスルー導波路に対して45度傾けて設けた。そして、溝75とスルー導波路との交点から、光スイッチ71−1のスルー導波路に垂直にドロップポートへ至る導波路(以下、「ドロップ導波路」と称する)が延びている。光スイッチ71−1においてスルー導波路を光信号が進む向きを0度としたとき、ドロップ導波路は、270度方向に伸び、徐々に180度方向に経路を変えつつポリマーフィルム1端面まで延び、ドロップポート13へと至る。アド部80の光スイッチ81−1においても、導波路に対して45度傾けて溝85を設けている。溝と導波路の交差する位置から、光スイッチ81−1のスルー導波路に垂直な方向に、それぞれアドポート23およびクロストークポートに至る導波路が設けられている。これらの導波路は、途中で90度曲がりながらポリマーフィルム1端面に至る。この結果、光アド/ドロップマルチプレクサ170ではドロップ時とアド時は実施例1と比べ損失が大きくなる。しかし上述のように、スルー損失を限りなく小さくできる方がより有用である。
【0038】
図8は、実施の形態2の変形例による光アド/ドロップマルチプレクサ180の構成を示す図である。光アド/ドロップマルチプレクサ180は、実施の形態1の変形例(図6)に対応する、実施の形態2の変形例である。具体的には、光アド/ドロップマルチプレクサ180は、入力ポート12から出力ポート22への直線のスルー導波路を備えつつ、一つの溝65を用いてアドおよびドロップを実現する。そしてスルー導波路に対して溝65を45度傾けて設けている。これに伴い、スルー導波路に垂直な方向に、アドポート23およびドロップポート13への導波路をそれぞれ設け、途中で90度曲がりながらポリマーフィルム1端面に至るようにした。上述の点以外の構成については、光アド/ドロップマルチプレクサ160(図6)と同様であるため、その説明は省略する。
【0039】
(実施の形態3)
実施の形態3は、可変減衰機能に特徴を有するアド/ドロップマルチプレクサを説明する。可変減衰機能は、それぞればらつきのあるスルー光、アド光の光出力の信号強度を等しくする機能である。
【0040】
図9は、実施の形態3による、可変減衰部223を有する光アド/ドロップマルチプレクサ200の構成を示す図である。この図には、光アド/ドロップマルチプレクサ200のドロップ部が示されていないが、例えば実施の形態1、2のドロップ部10、70(図1、7)等を採用することができる。
【0041】
アド部220は、スルーポート221と、溝222と、出力ポート228と、アドポート229と、溝222から出力ポート228までの導波路中に可変減衰部223を有する。可変減衰部223以外の構成要素については、すでに説明した同名の構成要素の構成および機能と同じであるので、その説明は省略する。
【0042】
可変減衰部223は、これまでのアド/ドロップマルチプレクサに用いたのと同様の2つの溝225、227と、その間に挿入された1/2波長板226とを含む。溝225、227には、それぞれを駆動する駆動部212、214、さらにそれらを制御する駆動部制御回路210を有する。溝225、227は、駆動部212、214の押し上げ量を調整することにより、その開閉量を自由に制御できる。押し上げ量を大きくすれば溝の開き量は大きくなり、光の透過量は小さくなる。よって減衰量は大きくなる。その制御は以下のように行われる。まず導波路分岐部224が、光の一部を分岐すると、フォトダイオード216は、導波路分岐部224が分岐した光の一部を検出して検出信号を出力する。検出値は、駆動制御部210に送られる。駆動部制御回路210は、フォトダイオード216からの信号に基づいて、駆動部212、214を制御し、他のポート(図示せず)と同じ光出力値となるように、駆動部212と駆動部214を駆動する電圧値を各駆動部に送る。
【0043】
可変減衰部223において、2つの溝225、227と1/2波長板226とを用いている理由は、入射光の偏波方向による減衰量の依存性を排除するためである。溝は不完全な開閉状態にあるとき、その透過率には偏波依存性がある。そこで、2個の溝を用いて同じ開き量とし、その間に結晶軸がフィルムの面に対して45度傾いた1/2波長板を挿入した。可変減衰部223に入力するに先だって、溝222に入射する光は任意の偏波状態となっており、ここではS波(Ls)とP波(Lp)とに分解できる。この光は溝222を通過することにより、それぞれ異なる量の減衰を受ける。よって通過した光は、αsLs、αpLpとなる。次に、1/2波長板によって、S波はP波に、P波はS波に変換される。その後溝225で同様の減衰を受けるが、偏波が逆転しているので、αpαsLs、αpαsLpとなる。つまり、減衰量はどちらの偏波も同じαsαpとなる。
【0044】
可変減衰部の溝を安定して制御する為に、この可変減衰部での押さえ板の開口径は、光アド/ドロップマルチプレクサ部の開口よりも大きくすればよい。例えば、4倍の1.2mmとすることで、押し上げ量を1μmで減衰量を0.5dB変化させることができる。
【0045】
本実施の形態では、光アド/ドロップマルチプレクサに用いた溝開閉機能を可変減衰部223にも与えて減衰量を調整するように構成したので、同一の製作工程、同一部品で製造でき、効率的かつ容易に製造できる。
【0046】
(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態1〜3の可変減衰部の別の例を説明する。図10は、実施の形態4による可変減衰部300の構成を示す断面図である。図では可変減衰部300部分のみを示しているが、図1、6、8、9等で利用でき、アド/ドロップマルチプレクサと同一モジュール中に一体化させることができる。
【0047】
可変減衰部300の特徴は、ボール306を用いてポリマフィルム(導波路)304に比較的大きな曲がりを発生させることにある。ポリマフィルム304は、ボール306近傍を除いて押さえ板304で押さえられている。ポリマフィルム304に対して互いに反対の位置に存在する駆動部308および310が、各ボール306をポリマフィルム304側に変位させる。すると各ボール306の変位がポリマフィルム304に作用して、導波路304が各ボール306の変位方向に曲がる。
【0048】
導波路の曲がりによって、導波路内を伝搬する光には伝搬損失が生じ、減衰する。ボール306はピエゾアクチュエータ等の駆動部318、310と接触しており、ピエゾアクチュエータの変位量を制御することで曲がり具合(曲率)を変化させることができ、減衰量を制御できる。なお光を減衰させないときは導波路は直線状に延びた状態となる。本実施の形態によれば、コアに対し溝には波長板がないので、減衰させない場合の通過損失が小さいというメリットを持つ。
【0049】
(実施の形態5)
実施の形態5は、可変減衰部のさらに別の例を説明する。図11は、実施の形態5による可変減衰部340の構成を示す断面図である。導波路は、屈折率が低いクラッド部348の中に屈折率がより高いコア部346を作り込むことにより、コア部346に入射した光信号を全反射の繰返しで伝播する。ここでは、導波路の減衰領域342において、ポリマフィルムの上面のクラッド部344のみエッチング等によって取り除き、コア部346を表面に露出させる。そして露出したコア部346の上方に、可変減衰器部340を構成する、光吸収層352と透明部材354とを有する駆動部350を配置する。ここで、この透明部材354の屈折率はコア部346と同じ屈折率とする。各駆動部350が有するこれらの部材は、長さが異なる複数の種類が規定される。「長さ」とは、光の進行方向についての、コア部346に接触する透明部材354の長さをいう。各駆動部350は独立して変位し、透明部材354とコア部346表面とが接触/非接触切り替えられるようになっている。コア部346を伝搬してきた光は、コア部346と透明部材354が接触している場合、屈折率が同じであるため一部の光はこの透明部材354の中に入射する。そして、光吸収層352に達して光は吸収される。透明部材354に入射せずに界面で反射した残りの光は、元の光よりも減衰してコア部346を伝搬する。光の減衰量は、透明部材の長さによって変化し、長ければ長いほど減衰量は大きくなる。
【0050】
ここで、例として4つの透明部材354の長さをそれぞれ8L、4L、2L、Lと設定し、各駆動部350の接触の組み合わせを変えることによりデジタル的に減衰量を変化させることができる。
【0051】
以上説明した構成によれば、減衰量をこのようにデジタル的に変化させることができるので、制御が容易であり、また動作が安定する。
【0052】
【発明の効果】
本発明の光アド/ドロップマルチプレクサによれば、スイッチ機構は、光信号が伝搬する導波路を横断する切れ目、および、その切れ目を開閉して光信号の透過および反射を制御する駆動部を有する。これにより、挿入損失の小さな光アド/ドロップを実現できる。
【0053】
切れ目および駆動部を複数有する場合には、クロストーク光を確実に除去できるため、出力される光信号の品質を十分高くできる。
【0054】
切れ目および駆動部を各1つ設けた場合には、スイッチ機構の構成要素の部品点数が少なくなるので、コンパクトなマルチプレクサを容易かつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1による光アド/ドロップマルチプレクサの構成を示す図である。
【図2】(a)および(b)は、溝15およびスイッチ機構の断面図である。(a)は、光が透過する状態を示す図である。(b)は、光が反射する状態を示す図である。
【図3】(a)は、スルー動作時の溝15の開閉状態と光路との関係を示す図である。(b)は、アド/ドロップ動作時の溝の開閉状態と光路との関係を示す図である。
【図4】ドロップ部の外観図である。
【図5】実施の形態1によるアド/ドロップマルチプレクサ(Add/Drop Multiplexer;ADM)の組み立て構造を示す図である。
【図6】実施の形態1の変形例による光アド/ドロップマルチプレクサの構成を示す図である。
【図7】実施の形態2による光アド/ドロップマルチプレクサの構成を示す図である。
【図8】実施の形態2の変形例による光アド/ドロップマルチプレクサの構成を示す図である。
【図9】実施の形態3による、可変減衰部を有する光アド/ドロップマルチプレクサの構成を示す図である。
【図10】実施の形態4による可変減衰部の構成を示す断面図である。
【図11】実施の形態5による可変減衰部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ポリマーフィルム、 10 ドロップ部、 11−1〜11−4 光スイッチ、 12 入力ポート、 13 ドロップポート、 14 導波路、 15溝、 16 スルーポート、 20 アド部、 21−1〜21−4 光スイッチ、 22 出力ポート、 23 アドポート、 24 可変減衰器、 25溝、 100 光アド/ドロップマルチプレクサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical add / drop multiplexer used for optical communication.
[0002]
[Prior art]
At present, various optical switches used for switching optical paths in optical communication equipment are known. For example, an optical switch element using a thermo-optic effect is known as an optical add / drop multiplexer (OADM) (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
In an optical switch element using the thermo-optic effect, a plurality of waveguides are formed on a quartz substrate. The optical switch element includes a plurality of switches, and one switch includes a coupler unit and two arms. Such an optical switch element is called a so-called interference element. The optical path is switched by changing the refractive index by the heat of a heater attached to one arm. More specifically, it is possible to arbitrarily switch to any of the two output ports by changing the refractive index with heat. In the example shown in Non-Patent
[0004]
As another optical switch, a polymer waveguide type optical switch using a polymer film is also known (for example, see Patent Document 1). In this optical switch, a cut is made in the polymer film, and the traveling direction of light is switched by approaching and separating the gap between the cuts.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-174784
[Non-patent document 1]
“Optical ADM Ring System” NTT R & D January 2000 pp. 50-58
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional optical switch using the thermo-optic effect has a problem that the insertion loss is as large as 12 dB. In an ADM device, loss when outputting light from an input port to an output port (through operation) is important. Further, there is a drawback that the response speed is as low as 10 ms level and the temperature is easily influenced by the use environment.
[0007]
Further, in the conventional polymer waveguide type optical switch, there is no study on the arraying of 1 × 2 switches, and the range of application is limited, and for example, it cannot be used in a large-scale network.
[0008]
An object of the present invention is to provide an optical add / drop multiplexer OADM having a small through insertion loss.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An optical add / drop multiplexer according to the present invention includes an input port for inputting a first optical signal, a drop port for outputting the first optical signal to the outside, and a second optical signal different from the first optical signal. An add port for inputting a signal, an output port for outputting the first optical signal or the second optical signal to the outside, a first switch mechanism for switching a port for outputting the first optical signal, A second switch mechanism for switching a port from which the second optical signal is output. The first switch mechanism of the optical add / drop multiplexer includes a first break traversing an input port waveguide through which the first optical signal propagates, and the first break is opened and closed to open and close the first break. A first drive unit for controlling transmission and reflection of the first optical signal, wherein the second switch mechanism has a second cut traversing an add-port waveguide through which the second optical signal propagates; And a second driver for opening and closing the second cut to control transmission and reflection of the second optical signal. This achieves the above object.
[0010]
The optical add / drop multiplexer according to the present invention further includes an input port for inputting the first optical signal, a drop port for outputting the first optical signal to the outside, and a second port different from the first optical signal. An add port for inputting an optical signal; an output port for outputting the first optical signal or the second optical signal to the outside; and outputting the first optical input signal from any of the output port and the drop port. A switch mechanism for switching whether to perform the first optical input signal from the drop port when the first optical input signal is output from the drop port. The switch mechanism includes a break that traverses the input port waveguide through which the first optical signal propagates, and a drive unit that opens and closes the break to control transmission and reflection of the first optical signal. This achieves the above object.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, components having the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals.
[0012]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer (OADM) 100 according to the first embodiment. The optical add /
[0013]
With reference to FIG. 1 again, the configuration of the optical add /
[0014]
The optical switch 11-1 has an input port 12 for receiving an optical signal from a network, a drop port 13 for dropping input light, and a through
[0015]
Here, a more detailed configuration around the
[0016]
On the other hand, FIG. 2B is a diagram showing a state where light is reflected. First, since the
[0017]
Note that the opening diameter of the holding
[0018]
By driving the driving units 31-1 and 31-2 of the
[0019]
Referring again to FIG. 1, the configuration of the add unit 20 will be described. The add unit 20 includes four optical switches 21-1 to 21-4. Since the configurations and operations of the optical switches 21-1 to 21-4 are the same, only the optical switch 21-1 will be described. The optical switch 21-1 of the add unit 20 includes an output port 22 for outputting an optical signal to a network, an add port 23 for adding a new optical signal, a drop through
[0020]
Next, the operation of the entire optical add /
[0021]
As shown in FIG. 3A, during the through operation, the
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 3B, during the add / drop operation, the
[0023]
What is important in the operation of the optical add /
[0024]
In the add section 20 according to the present embodiment, since the
[0025]
Next, FIG. 3C is a diagram showing the relationship between the open / close state of the
[0026]
Since the
[0027]
Next, a specific external configuration of the optical add /
[0028]
The optical switch 11-1 (FIG. 1) has a core formed in the
[0029]
Here, the reason why the ball 101 is used is that the ball 101 can be manufactured with extremely high dimensional accuracy, so that the pressing point and the position of the
[0030]
On the other hand, the drive unit 31-2 is also provided on the surface opposite to the surface on which the
[0031]
As described above, in the
[0032]
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 1, the
[0033]
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a modified example of the structure of the waveguide to be added / dropped will be described.
[0034]
In an add / drop multiplexer, the insertion loss of transmitted (through) light is more important than the drop or add loss. The reason is that, in a network via an add / drop multiplexer, an optical signal passes through a large number of add / drop multiplexers, so that the smaller the insertion loss when passing through the add / drop multiplexer, the larger the size of the network. In addition, drop and add occur only once for each optical signal.
[0035]
In the second embodiment, a configuration of an optical add / drop multiplexer having a small through loss will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical add /
[0036]
The optical add /
[0037]
On the other hand, since the optical signal must be transmitted from the input port 12 to the drop port 13 as well, the
[0038]
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an optical add /
[0039]
(Embodiment 3)
Embodiment 3 describes an add / drop multiplexer having a feature of a variable attenuation function. The variable attenuating function is a function for equalizing the signal intensities of the optical outputs of the through light and the add light, each having variation.
[0040]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical add /
[0041]
The add unit 220 has a through port 221, a groove 222, an output port 228, an add port 229, and a variable attenuation unit 223 in the waveguide from the groove 222 to the output port 228. The components other than the variable attenuator 223 have the same configurations and functions as those of the components having the same names as described above, and a description thereof will be omitted.
[0042]
The variable attenuator 223 includes two
[0043]
The reason why the two
[0044]
In order to stably control the groove of the variable attenuation unit, the opening diameter of the holding plate in this variable attenuation unit may be larger than the opening of the optical add / drop multiplexer unit. For example, by setting it to 1.2 mm, which is four times as large, the amount of pushing up can be changed by 1 μm and the amount of attenuation can be changed by 0.5 dB.
[0045]
In the present embodiment, the groove opening / closing function used in the optical add / drop multiplexer is also provided to the variable attenuator 223 to adjust the amount of attenuation. And it can be easily manufactured.
[0046]
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, another example of the variable attenuation unit according to the first to third embodiments will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the
[0047]
The characteristic of the
[0048]
Due to the bending of the waveguide, light propagating in the waveguide causes propagation loss and is attenuated. The ball 306 is in contact with the driving units 318 and 310 such as a piezo actuator, and by controlling the displacement of the piezo actuator, the degree of curvature (curvature) can be changed and the amount of attenuation can be controlled. When the light is not attenuated, the waveguide is in a state of extending linearly. According to the present embodiment, since there is no wavelength plate in the groove with respect to the core, there is an advantage that the passage loss when not attenuated is small.
[0049]
(Embodiment 5)
Embodiment 5 describes still another example of the variable attenuation unit. FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
[0050]
Here, as an example, the length of the four transparent members 354 is set to 8L, 4L, 2L, and L, respectively, and the amount of attenuation can be digitally changed by changing the combination of the contacts of each
[0051]
According to the configuration described above, the amount of attenuation can be digitally changed in this way, so that control is easy and operation is stable.
[0052]
【The invention's effect】
According to the optical add / drop multiplexer of the present invention, the switch mechanism has a break that traverses the waveguide through which the optical signal propagates, and a drive unit that opens and closes the break to control the transmission and reflection of the optical signal. Thereby, an optical add / drop with a small insertion loss can be realized.
[0053]
When there are a plurality of cuts and driving units, the crosstalk light can be reliably removed, so that the quality of the output optical signal can be sufficiently increased.
[0054]
If one break and one drive unit are provided, the number of components of the switch mechanism is reduced, so that a compact multiplexer can be manufactured easily and at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer according to a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a
FIG. 3A is a diagram illustrating a relationship between an open / close state of a
FIG. 4 is an external view of a drop unit.
FIG. 5 is a diagram showing an assembling structure of an add / drop multiplexer (ADM) according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer according to a modification of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer according to a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer according to a modification of the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical add / drop multiplexer having a variable attenuator according to a third embodiment.
FIG. 10 is a sectional view illustrating a configuration of a variable attenuation unit according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a variable attenuation unit according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
Claims (16)
前記第1の光信号を外部に出力するドロップポートと、
前記第1の光信号とは異なる第2の光信号を入力するアドポートと、
前記第1の光信号または前記第2の光信号を外部に出力する出力ポートと、
前記第1の光信号が出力されるポートを切り替える第1のスイッチ機構と、
前記第2の光信号が出力されるポートを切り替える第2のスイッチ機構と
を備えた光アド/ドロップマルチプレクサであって、
前記第1のスイッチ機構は、前記第1の光信号が伝搬する入力ポート用導波路を横断する第1の切れ目、および、該第1の切れ目を開閉して前記第1の光信号の透過および反射を制御する第1の駆動部を有し、
前記第2のスイッチ機構は、前記第2の光信号が伝搬するアドポート用導波路を横断する第2の切れ目、および、該第2の切れ目を開閉して前記第2の光信号の透過および反射を制御する第2の駆動部を有する、光アド/ドロップマルチプレクサ。An input port for inputting a first optical signal;
A drop port for outputting the first optical signal to the outside,
An add port for inputting a second optical signal different from the first optical signal;
An output port for outputting the first optical signal or the second optical signal to the outside;
A first switch mechanism for switching a port from which the first optical signal is output;
An optical add / drop multiplexer, comprising: a second switch mechanism for switching a port to which the second optical signal is output.
The first switch mechanism includes a first cut which traverses the waveguide for the input port through which the first optical signal propagates, and a first cut which is opened and closed to transmit and receive the first optical signal. A first drive unit for controlling reflection,
The second switch mechanism includes a second cut traversing an add-port waveguide through which the second optical signal propagates, and transmission and reflection of the second optical signal by opening and closing the second cut. An optical add / drop multiplexer having a second driver for controlling the optical add / drop multiplexer.
前記ドロップ部は、前記入力ポート、前記ドロップポート、前記入力ポート用導波路、前記ドロップポート用導波路、および、前記第1のスイッチ機構を備えており、
前記アド部は、前記アドポート、前記出力ポート、前記アドポート用導波路、前記出力ポート用導波路、および、前記第2のスイッチ機構を備えている、請求項4に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。It is composed of a drop part and an add part connected by the through port waveguide,
The drop unit includes the input port, the drop port, the input port waveguide, the drop port waveguide, and the first switch mechanism,
The optical add / drop multiplexer according to claim 4, wherein the add section includes the add port, the output port, the add port waveguide, the output port waveguide, and the second switch mechanism.
前記第1のポリマーフィルムと異なる第2のポリマーフィルム内に、前記アドポート、前記出力ポート、前記アドポート用導波路、前記出力ポート用導波路、および、前記第2のスイッチ機構の組を複数有する、請求項3に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。In a first polymer film, the input port, the drop port, the waveguide for the input port, the waveguide for the drop port, and a plurality of sets of the first switch mechanism,
In a second polymer film different from the first polymer film, a plurality of sets of the add port, the output port, the add port waveguide, the output port waveguide, and the second switch mechanism are provided. The optical add / drop multiplexer according to claim 3.
前記アドポート用導波路と前記出力ポート用導波路とは、前記第2の切れ目において直交する、請求項3に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The input port waveguide and the drop port waveguide are orthogonal to each other at the first cut,
4. The optical add / drop multiplexer according to claim 3, wherein the add port waveguide and the output port waveguide are orthogonal at the second cut.
前記アドポート用導波路と前記出力ポート用導波路とは、前記第2の切れ目とそれぞれ角度45°で交差する、請求項7に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The input port waveguide and the drop port waveguide each intersect the first cut at an angle of 45 °,
The optical add / drop multiplexer according to claim 7, wherein the add port waveguide and the output port waveguide intersect the second cut at an angle of 45 °.
前記アド部の前記出力ポート用導波路と、前記スルーポート用導波路とは直線状に形成されている、請求項5に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The input port waveguide of the drop portion, the through port waveguide is formed in a straight line,
The optical add / drop multiplexer according to claim 5, wherein the output port waveguide and the through port waveguide of the add unit are formed in a straight line.
前記第1の光信号を外部に出力するドロップポートと、
前記第1の光信号とは異なる第2の光信号を入力するアドポートと、
前記第1の光信号または前記第2の光信号を外部に出力する出力ポートと、
前記第1の光入力信号を、前記出力ポートおよび前記ドロップポートのいずれから出力するかを切り替えるスイッチ機構であって、前記第1の光入力信号を前記ドロップポートから出力する場合には、前記第2の光信号を前記出力ポートから出力するスイッチ機構と
を備えた光アド/ドロップマルチプレクサであって、
前記スイッチ機構は、前記第1の光信号が伝搬する入力ポート用導波路を横断する切れ目、および、該切れ目を開閉して前記第1の光信号の透過および反射を制御する駆動部を有する、光アド/ドロップマルチプレクサ。An input port for inputting a first optical signal;
A drop port for outputting the first optical signal to the outside,
An add port for inputting a second optical signal different from the first optical signal;
An output port for outputting the first optical signal or the second optical signal to the outside;
A switch mechanism for switching whether to output the first optical input signal from the output port or the drop port, wherein the first optical input signal is output from the drop port, An optical add / drop multiplexer, comprising: a switch mechanism for outputting an optical signal from the output port.
The switch mechanism has a break that traverses the waveguide for the input port through which the first optical signal propagates, and a drive unit that opens and closes the break to control transmission and reflection of the first optical signal, Optical add / drop multiplexer.
前記出力ポート用導波路を横断する第1の減衰器用切れ目と、
前記第1の減衰器用切れ目の開閉量を調整して前記光信号の減衰を制御する第1の減衰器用駆動部と、
前記第1の減衰器用切れ目を通過した前記光信号を構成する第1の偏波および第2の偏波を互いに逆転させる偏波変換部と、
前記出力ポート用導波路を横断する第2の減衰器用切れ目と、
前記第2の減衰器用切れ目の開閉量を調整して、前記偏波変換部を経た前記光信号の減衰を制御する第2の減衰器用駆動部と
を備えている、請求項12に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The attenuator comprises:
A first attenuator cut traversing the output port waveguide;
A first attenuator driving unit that controls the amount of opening and closing of the first attenuator break to control the attenuation of the optical signal;
A polarization converter for inverting a first polarization and a second polarization constituting the optical signal passing through the first attenuator cut;
A second attenuator cut traversing the output port waveguide;
13. The light according to claim 12, further comprising: a second attenuator drive unit that controls an amount of opening and closing of the second attenuator cut to control attenuation of the optical signal that has passed through the polarization conversion unit. Add / drop multiplexer.
前記出力ポート導波路に沿って設けられ、前記出力ポート導波路側に変位して該出力ポート導波路を屈曲させる屈曲作用部と、
前記屈曲作用部の変位量を制御して前記出力ポート導波路の屈曲量を調整する屈曲用駆動部と
を備えた、請求項12に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The attenuator comprises:
A bending action portion provided along the output port waveguide and displaced toward the output port waveguide to bend the output port waveguide;
The optical add / drop multiplexer according to claim 12, further comprising: a bending drive unit that controls a displacement amount of the bending operation unit to adjust a bending amount of the output port waveguide.
前記減衰器は、
前記第2の屈折率を有する透明部材、および、光減衰部材を有する減衰部と、前記減衰領域において露出した前記コア部に、前記減衰部の接触/非接触を制御する駆動部と
を備えた、請求項12に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。The output port waveguide is formed of a clad having a first refractive index and a core having a second refractive index lower than the first refractive index. The core is formed by removing the clad. Having an attenuation area that exposes
The attenuator comprises:
A transparent member having the second refractive index, an attenuating portion having a light attenuating member, and a driving portion for controlling contact / non-contact of the attenuating portion with the core portion exposed in the attenuating region. The optical add / drop multiplexer according to claim 12, wherein:
各減衰部の減衰量は、前記コア部に接触する前記透明部材の長さに応じて異なる、請求項15に記載の光アド/ドロップマルチプレクサ。There are a plurality of said attenuation parts
16. The optical add / drop multiplexer according to claim 15, wherein an amount of attenuation of each attenuator differs according to a length of the transparent member that contacts the core.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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