JPH0431195B2 - - Google Patents
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- JPH0431195B2 JPH0431195B2 JP60176182A JP17618285A JPH0431195B2 JP H0431195 B2 JPH0431195 B2 JP H0431195B2 JP 60176182 A JP60176182 A JP 60176182A JP 17618285 A JP17618285 A JP 17618285A JP H0431195 B2 JPH0431195 B2 JP H0431195B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
<技術分野>
本発明は半導体レーザアレイ装置の構造に関す
るものである。
るものである。
<従来の技術>
半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体
の半導体レーザでは実用性を考慮すると、出力
80mW程度が限界である。そこで、複数本の半導
体レーザを同一基板上に平行に並べ高出力化を計
る半導体レーザアレイ装置の研究が盛んに行なわ
れている。
の半導体レーザでは実用性を考慮すると、出力
80mW程度が限界である。そこで、複数本の半導
体レーザを同一基板上に平行に並べ高出力化を計
る半導体レーザアレイ装置の研究が盛んに行なわ
れている。
ところで、第7図に示すように、複数本の半導
体レーザ1を平行に光学的結合を持たせて並べ、
各半導体レーザ1に均一な利得を与えたとき、第
7図中2で示すように各レーザ光の位相が0゜位相
で同期する状態(0゜位相モード)よりも、第7図
中3で示すように、各レーザ光位相が180゜反転す
る状態(180゜位相モード)で発振しやすい。これ
は、180゜位相モードの方が0゜位相モードより光の
電界分布が利得分布とよく一致し、発振利得が高
くなるためである。
体レーザ1を平行に光学的結合を持たせて並べ、
各半導体レーザ1に均一な利得を与えたとき、第
7図中2で示すように各レーザ光の位相が0゜位相
で同期する状態(0゜位相モード)よりも、第7図
中3で示すように、各レーザ光位相が180゜反転す
る状態(180゜位相モード)で発振しやすい。これ
は、180゜位相モードの方が0゜位相モードより光の
電界分布が利得分布とよく一致し、発振利得が高
くなるためである。
一方、半導体レーザアレイ装置から放射される
レーザ光の遠視野像は0゜位相モードでは第6図a
に示すような単峰性のピークであり、レンズで単
一のスポツトに集光することができ、180゜位相モ
ードでは第6図bに示すように複峰性のピークに
なり、レンズで単一のスポツトに集光することが
できず、光デイスク等の光源としては不向きにな
る。従つて、半導体レーザアレイ装置の各半導体
レーザからの出力光の位相が0゜位相同期している
ことが要望されている。
レーザ光の遠視野像は0゜位相モードでは第6図a
に示すような単峰性のピークであり、レンズで単
一のスポツトに集光することができ、180゜位相モ
ードでは第6図bに示すように複峰性のピークに
なり、レンズで単一のスポツトに集光することが
できず、光デイスク等の光源としては不向きにな
る。従つて、半導体レーザアレイ装置の各半導体
レーザからの出力光の位相が0゜位相同期している
ことが要望されている。
<発明の目的>
そこで、本発明は、簡単な構造でもつて、光学
的に結合した複数本の平行に並んだ半導体レーザ
の出力光が0゜位相同期し、単峰性のピークの放射
パターンのレーザ光を放射する半導体レーザアレ
イ装置を提供することを目的とする。
的に結合した複数本の平行に並んだ半導体レーザ
の出力光が0゜位相同期し、単峰性のピークの放射
パターンのレーザ光を放射する半導体レーザアレ
イ装置を提供することを目的とする。
<発明の構成と原理>
本発明は、上記目的を成し遂げるために、半導
体レーザアレイ装置において180゜位相モードで導
波するレーザ光を0゜位相モードに変換する導波路
構造を有することを特徴としている。第1図に本
発明の半導体レーザアレイ装置の導波路構造の一
例を上から見た図を示す。各導波路W,W,…は
平行に並び光学的に結合しており、その導波路
W,W,…方向の3つの領域10,11,12か
ら構成される。領域10,12では対称な導波路
部分W10,W12が並んでいるのに対し、領域11
では非対称な導波路部分W11−a,W11−bが導
波路方向と垂直な方向に周期的に配置されてい
る。そのため、導波路部分W11−aと導波路部分
W11−bでは、実効的な屈折率が異なる。この導
波路部分W11−a,W11−bの実効的な屈析率差
ΔNを次式を満足するように設定する。
体レーザアレイ装置において180゜位相モードで導
波するレーザ光を0゜位相モードに変換する導波路
構造を有することを特徴としている。第1図に本
発明の半導体レーザアレイ装置の導波路構造の一
例を上から見た図を示す。各導波路W,W,…は
平行に並び光学的に結合しており、その導波路
W,W,…方向の3つの領域10,11,12か
ら構成される。領域10,12では対称な導波路
部分W10,W12が並んでいるのに対し、領域11
では非対称な導波路部分W11−a,W11−bが導
波路方向と垂直な方向に周期的に配置されてい
る。そのため、導波路部分W11−aと導波路部分
W11−bでは、実効的な屈折率が異なる。この導
波路部分W11−a,W11−bの実効的な屈析率差
ΔNを次式を満足するように設定する。
2π/λ0ΔN・l2=mπ(mは奇数) …(1)
ここで、l2は導波路部分W11−a,W11−bの
長さ、λ0は真空中の光の波長である。
長さ、λ0は真空中の光の波長である。
このようにすると、領域10,12の対称な平
行導波路部分W10,W10,…,W12,W12,…を
伝搬する導波光が領域11の非対称的な導波路部
分W11−a,W11−bを通過することにより、導
波路部分W11−aを通過する導波光と導波路部分
W11−bを通過する導波光の位相差が180゜変化す
る。そのため、各導波路で位相が180゜交互に反転
している180゜位相モードの光が領域11の導波路
部分W11−a,W11−bを通過すると、各導波路
で位相が同期している0゜位相モードに、逆に、0゜
位相モードの光が領域11を通過すると180゜位相
モードに変換される。
行導波路部分W10,W10,…,W12,W12,…を
伝搬する導波光が領域11の非対称的な導波路部
分W11−a,W11−bを通過することにより、導
波路部分W11−aを通過する導波光と導波路部分
W11−bを通過する導波光の位相差が180゜変化す
る。そのため、各導波路で位相が180゜交互に反転
している180゜位相モードの光が領域11の導波路
部分W11−a,W11−bを通過すると、各導波路
で位相が同期している0゜位相モードに、逆に、0゜
位相モードの光が領域11を通過すると180゜位相
モードに変換される。
いま、各導波路W,Wに均一な利得を与えると
すると、領域10,12の導波路部分W10,W12
では180゜位相モードの方が0°位相モードより多く
の利得を得る。従つて、領域10,12では180゜
位相モードの光が伝搬しやすくなる。領域10,
12の導波路部分W10,W12の長さをl1,l3とし
て、仮にl1<l3とすると、領域12では180゜位相
モードの光15が伝搬し、上述したように、領域
11を通過することにより0゜位相モードの光16
に変換され、領域10ではその状態の光が伝搬
し、領域10の出射端面17からは0゜位相同期し
た出力光が得られる。このとき、逆に領域12で
0゜位相モードが伝搬し、領域11で180゜位相モー
ドに変換され、領域10で180゜位相モードが伝搬
するということは起こらない。なぜなら、この状
態より先に述べた状態の方が発振に要するしきい
値利得が低くなるためである。l1>l3のとき同様
にして、領域12の出射端面18から位相同期し
た出力光が得られる。ただし、l1=l3のときは、
領域10,12で0゜位相モードと180゜位相モード
が混在して発振するために望ましくない。
すると、領域10,12の導波路部分W10,W12
では180゜位相モードの方が0°位相モードより多く
の利得を得る。従つて、領域10,12では180゜
位相モードの光が伝搬しやすくなる。領域10,
12の導波路部分W10,W12の長さをl1,l3とし
て、仮にl1<l3とすると、領域12では180゜位相
モードの光15が伝搬し、上述したように、領域
11を通過することにより0゜位相モードの光16
に変換され、領域10ではその状態の光が伝搬
し、領域10の出射端面17からは0゜位相同期し
た出力光が得られる。このとき、逆に領域12で
0゜位相モードが伝搬し、領域11で180゜位相モー
ドに変換され、領域10で180゜位相モードが伝搬
するということは起こらない。なぜなら、この状
態より先に述べた状態の方が発振に要するしきい
値利得が低くなるためである。l1>l3のとき同様
にして、領域12の出射端面18から位相同期し
た出力光が得られる。ただし、l1=l3のときは、
領域10,12で0゜位相モードと180゜位相モード
が混在して発振するために望ましくない。
以上述べたように、本半導体レーザアレイ装置
においては180゜位相モードで導波するレーザ光を
その内部で0゜位相モードに変換し、出射端面から
は、0゜位相同期した単峰性の放射パターンを持つ
出力光が得られる。
においては180゜位相モードで導波するレーザ光を
その内部で0゜位相モードに変換し、出射端面から
は、0゜位相同期した単峰性の放射パターンを持つ
出力光が得られる。
<実施例>
以下、本発明を半導体レーザにVSIS(V−
channeled substrate inner stripe)型半導体レ
ーザを適用した場合について述べる。
channeled substrate inner stripe)型半導体レ
ーザを適用した場合について述べる。
第2図に本発明の半導体レーザアレイ装置を共
振器端面から見た図を示す。p−GaAs基板20
上に、液相エピタキシヤル(LPE)法などの結
晶成長法により、n−GaAs電流阻止層21を成
長させる。次いで、フオトリソグラフイとエツチ
ング技術により、第1図に示したものと同じ形状
の平行に並んだ複数のV字形溝22を電流阻止層
21から基板20内に達する深さまで形成する。
第1図に示す導波路の実効的な屈折率が交互に変
化する領域11を設けるために、エツチング終了
後に溝付き基板20の領域11に対応する箇所を
レジストで覆い、V字形溝22の第1図中の導波
路部分W11−bに相当する部分に窓を開け、再度
エツチングを行う。そうすると、第3図に示すよ
うに溝32が形成され、この溝32の深さは隣の
溝22の深さより深くなる。すなわち、導波路に
垂直な方向に溝32,22は交互に深くなる。こ
のように、領域11の両側の領域10,12に相
当する部分では溝22のみが形成され、そして、
領域11に相当する部分では溝22と溝32を有
する基板上に、再度LPE法により、第2図,第
3図に示すように、p−AlxGa1−xAsクラツド
層23,33、pまたはn−AlyGa1−yAs活性
層24,34、n−AlxGa1−xAsクラツド層2
5,35を順次成長する。ただし、x>yであ
る。さらに、n+−GaAsキヤツプ層26,36を
成長する。このとき、領域10,12では第2図
に示すように、平坦な活性層が得られるのに対
し、領域11では溝22,32の深さにより、そ
の上に成長する活性層34の形状が変化し、浅い
溝22上では平坦な活性層34a、深い溝32上
では湾曲した活性層34bが得られる。第3図に
おいて、隣接する導波路部分W11−a,W11−b
の実効的な屈折率差をΔNとすると、領域11の
部分の長さl2は前述の式(1)を満足させるように設
定している。その後に、基板側にp型抵抗性電極
27,37、成長層側にn型抵抗性電極28,3
8を形成し、共振器長が200〜300μmになるよう
にへき開法によりミラーを形成し、銅ブロツク上
にマウントして半導体レーザアレイ装置を作製し
た。
振器端面から見た図を示す。p−GaAs基板20
上に、液相エピタキシヤル(LPE)法などの結
晶成長法により、n−GaAs電流阻止層21を成
長させる。次いで、フオトリソグラフイとエツチ
ング技術により、第1図に示したものと同じ形状
の平行に並んだ複数のV字形溝22を電流阻止層
21から基板20内に達する深さまで形成する。
第1図に示す導波路の実効的な屈折率が交互に変
化する領域11を設けるために、エツチング終了
後に溝付き基板20の領域11に対応する箇所を
レジストで覆い、V字形溝22の第1図中の導波
路部分W11−bに相当する部分に窓を開け、再度
エツチングを行う。そうすると、第3図に示すよ
うに溝32が形成され、この溝32の深さは隣の
溝22の深さより深くなる。すなわち、導波路に
垂直な方向に溝32,22は交互に深くなる。こ
のように、領域11の両側の領域10,12に相
当する部分では溝22のみが形成され、そして、
領域11に相当する部分では溝22と溝32を有
する基板上に、再度LPE法により、第2図,第
3図に示すように、p−AlxGa1−xAsクラツド
層23,33、pまたはn−AlyGa1−yAs活性
層24,34、n−AlxGa1−xAsクラツド層2
5,35を順次成長する。ただし、x>yであ
る。さらに、n+−GaAsキヤツプ層26,36を
成長する。このとき、領域10,12では第2図
に示すように、平坦な活性層が得られるのに対
し、領域11では溝22,32の深さにより、そ
の上に成長する活性層34の形状が変化し、浅い
溝22上では平坦な活性層34a、深い溝32上
では湾曲した活性層34bが得られる。第3図に
おいて、隣接する導波路部分W11−a,W11−b
の実効的な屈折率差をΔNとすると、領域11の
部分の長さl2は前述の式(1)を満足させるように設
定している。その後に、基板側にp型抵抗性電極
27,37、成長層側にn型抵抗性電極28,3
8を形成し、共振器長が200〜300μmになるよう
にへき開法によりミラーを形成し、銅ブロツク上
にマウントして半導体レーザアレイ装置を作製し
た。
次に、第2の実施例について述べる。まず、第
4図に示すように、p−GaAs基板20上にn−
GaAs電流阻止層21を成長する。その表面上に
上からみたとき、第5図に示すように、領域4
0,42において平行に並んだ対称な複数のV字
形溝22−40,22−42と中央の領域41に
おいて溝幅が周期的に交互に変化する複数のV字
形溝22−41a,22−41bを形成し、その
上に再度LPE法により、クラツド層23、活性
層24、クラツド層25、キヤツプ層26などを
順次成長する。領域41の幅の広い溝22−41
aと幅の狭い幅22−41b上に幅の広い導波路
と幅の狭い導波路とが夫々形成され、この幅の広
い導波路と幅の狭い導波路との実効的な屈折率差
をΔNとすると、領域41の長さl1は、式(1)を満
足させるようにする。以下の行程は上に述べた第
1の実施例と同じである。
4図に示すように、p−GaAs基板20上にn−
GaAs電流阻止層21を成長する。その表面上に
上からみたとき、第5図に示すように、領域4
0,42において平行に並んだ対称な複数のV字
形溝22−40,22−42と中央の領域41に
おいて溝幅が周期的に交互に変化する複数のV字
形溝22−41a,22−41bを形成し、その
上に再度LPE法により、クラツド層23、活性
層24、クラツド層25、キヤツプ層26などを
順次成長する。領域41の幅の広い溝22−41
aと幅の狭い幅22−41b上に幅の広い導波路
と幅の狭い導波路とが夫々形成され、この幅の広
い導波路と幅の狭い導波路との実効的な屈折率差
をΔNとすると、領域41の長さl1は、式(1)を満
足させるようにする。以下の行程は上に述べた第
1の実施例と同じである。
上記第1,第2の実施例の半導体レーザアレイ
装置を前述の式1を満たす適当な構造パラメータ
で作製すると、特性として発振しきい値150mA
で、隣接する導波路部分で180゜位相差の変化を生
じさせる領域11,41に近い端面17からの出
射光は出力100mWまで単一横モードで発振し、
その遠視野像は第6図aに示すように、鋭い単峰
性のピーク(半値巾4゜)であり、出射レーザ光が
0゜位相同期していることが分かつた。さらに、上
記端面17と反対の端面18からの出射光は出力
100mWまで単一横モードで発振し、その遠視野
像は第6図bに示すように、複峰性のピーク(間
隔9゜)であり、出射レーザ光が180゜位相反転して
いることがわかつた。
装置を前述の式1を満たす適当な構造パラメータ
で作製すると、特性として発振しきい値150mA
で、隣接する導波路部分で180゜位相差の変化を生
じさせる領域11,41に近い端面17からの出
射光は出力100mWまで単一横モードで発振し、
その遠視野像は第6図aに示すように、鋭い単峰
性のピーク(半値巾4゜)であり、出射レーザ光が
0゜位相同期していることが分かつた。さらに、上
記端面17と反対の端面18からの出射光は出力
100mWまで単一横モードで発振し、その遠視野
像は第6図bに示すように、複峰性のピーク(間
隔9゜)であり、出射レーザ光が180゜位相反転して
いることがわかつた。
このように、半導体レーザアレイ装置におい
て、隣接する導波路を伝搬する光の位相差が180゜
位相変化する導波路部分を内部に設けると、0゜位
相同期した出力光を得ることができることが分つ
た。
て、隣接する導波路を伝搬する光の位相差が180゜
位相変化する導波路部分を内部に設けると、0゜位
相同期した出力光を得ることができることが分つ
た。
なお、上記実施例はGaAs−GaAlAs系につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、InP−InGaAsP系やその他種々の材料に
適用するとができる。また、ストライプ構造は
VSIS構造以外に他の内部ストライプ構造やその
他の素子構造のものを利用することも可能であ
る。
て説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、InP−InGaAsP系やその他種々の材料に
適用するとができる。また、ストライプ構造は
VSIS構造以外に他の内部ストライプ構造やその
他の素子構造のものを利用することも可能であ
る。
<発明の効果>
以上述べたように、本発明によれば、複数本の
レーザ光が位相同期して発振し、鋭い単峰性ピー
クの放射パターンで高出力のレーザ光を放射する
ことができる。
レーザ光が位相同期して発振し、鋭い単峰性ピー
クの放射パターンで高出力のレーザ光を放射する
ことができる。
第1図は本発明の半導体レーザアレイ装置の導
波路を上から示し、その動作原理を説明する図で
ある。第2図は本発明の第1の実施例の半導体レ
ーザアレイ装置の共振器端面図である。第3図は
上記実施例の180゜位相差を変化させる部分の断面
図である。第4図は本発明の第2の実施例の共振
器端面図である。第5図は本発明の第2の実施例
における導波路構造を上から見たときの図であ
る。第6図a,bは本発明の半導体レーザアレイ
装置の水平方向の遠視野像を示す図である。第7
図は複数本の光学的に結合した平行導波路と、そ
れを伝搬するモードの形状を示す図である。 W……導波路、W10,W11−a,W11−b,
W12……導波路部分。
波路を上から示し、その動作原理を説明する図で
ある。第2図は本発明の第1の実施例の半導体レ
ーザアレイ装置の共振器端面図である。第3図は
上記実施例の180゜位相差を変化させる部分の断面
図である。第4図は本発明の第2の実施例の共振
器端面図である。第5図は本発明の第2の実施例
における導波路構造を上から見たときの図であ
る。第6図a,bは本発明の半導体レーザアレイ
装置の水平方向の遠視野像を示す図である。第7
図は複数本の光学的に結合した平行導波路と、そ
れを伝搬するモードの形状を示す図である。 W……導波路、W10,W11−a,W11−b,
W12……導波路部分。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 複数本の光学的に結合した平行導波路を備え
た半導体レーザアレイ装置において、 上記導波路の方向に垂直な方向に、実効的な屈
折率が同じ複数の導波路部分を有し、上記複数の
導波路部分を光がその光の位相が交互に180゜異な
る180゜位相モードで伝搬する第1の領域と、 上記導波路の方向に垂直な方向に、実効的な屈
折率が交互に変化する複数の導波路部分を有し、
上記屈折率の差△Nは (2π/λ0)△N・l2=mπ(mは寄数、l2は上記
導波路部分の長さ、λ0は上記光の真空中の波長)
の関係を満たし、上記第1の領域からの180゜位相
モードの光の位相を180゜変化させて0゜位相モード
の光にして出射端面から出射する第2の領域とを
含むことを特徴とする半導体レーザアレイ装置。 2 上記特許請求の範囲第1項記載の半導体レー
ザアレイ装置において、上記第2の領域の導波路
部分を構成する活性層を、上記導波路方向と垂直
な方向に平坦な活性層と湾曲した活性層とを交互
に並べて配置して、導波路方向に垂直な方向に上
記導波路部分の実効的屈折率を変化させた半導体
レーザアレイ装置。 3 上記特許請求の範囲第1項に記載の半導体レ
ーザアレイ装置において、上記第2の領域の導波
路部分の幅を導波路方向に垂直な方向に交互に変
化させて、導波路方向に垂直な方向に上記導波路
部分の実効的屈折率を変化させた半導体レーザア
レイ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60176182A JPS6235689A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP60176182A JPS6235689A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPS6235689A JPS6235689A (ja) | 1987-02-16 |
JPH0431195B2 true JPH0431195B2 (ja) | 1992-05-25 |
Family
ID=16009085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP60176182A Granted JPS6235689A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (4)
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---|---|
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JP (1) | JPS6235689A (ja) |
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- 1985-08-09 JP JP60176182A patent/JPS6235689A/ja active Granted
-
1986
- 1986-08-05 US US06/893,224 patent/US4751709A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-07 DE DE19863626701 patent/DE3626701A1/de not_active Ceased
- 1986-08-07 GB GB08619313A patent/GB2180096B/en not_active Expired
Patent Citations (1)
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JPS6235689A (ja) | 1987-02-16 |
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