JPH0521875A - 光増幅装置 - Google Patents
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- JPH0521875A JPH0521875A JP3175453A JP17545391A JPH0521875A JP H0521875 A JPH0521875 A JP H0521875A JP 3175453 A JP3175453 A JP 3175453A JP 17545391 A JP17545391 A JP 17545391A JP H0521875 A JPH0521875 A JP H0521875A
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
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- 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
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- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
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- H04B—TRANSMISSION
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- H04B2210/003—Devices including multiple stages, e.g., multi-stage optical amplifiers or dispersion compensators
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、光ファイバに添加された希土類元素
を励起するための励起光と信号光を、合波器を用いるこ
となく容易に合波し、その合波された光を希土類元素添
加光ファイバに入力し、希土類元素の誘導放出を行い、
信号光の増幅をすることを目的とする。 【構成】信号光は光ファイバ11を用いて送信され、集
光用レンズ12を介して半導体レ−ザ16の一端に入力
し、活性層15中を導波する。また、希土類元素を誘導
放出するための励起光は、半導体レ−ザ16の活性層1
5中で生成される。そのため活性層15中を導波する信
号光と活性層15中で生成する励起光は、容易に合波す
る。その後、希土類元素を添加した光ファイバ19に集
光用レンズ18を介して入力される。このとき集光用レ
ンズ12及び18に対応する半導体レ−ザのそれぞれの
面は、誘電体膜13及び17で被膜されている。
を励起するための励起光と信号光を、合波器を用いるこ
となく容易に合波し、その合波された光を希土類元素添
加光ファイバに入力し、希土類元素の誘導放出を行い、
信号光の増幅をすることを目的とする。 【構成】信号光は光ファイバ11を用いて送信され、集
光用レンズ12を介して半導体レ−ザ16の一端に入力
し、活性層15中を導波する。また、希土類元素を誘導
放出するための励起光は、半導体レ−ザ16の活性層1
5中で生成される。そのため活性層15中を導波する信
号光と活性層15中で生成する励起光は、容易に合波す
る。その後、希土類元素を添加した光ファイバ19に集
光用レンズ18を介して入力される。このとき集光用レ
ンズ12及び18に対応する半導体レ−ザのそれぞれの
面は、誘電体膜13及び17で被膜されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光送受信等に使用され
る光増幅装置に関する。
る光増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信は半導体レ−ザ等の発光素子を用
いて信号光を送信し、光ファイバ等を媒体として長距離
伝送を行うものである。このような光通信システムで
は、信号光を増幅し伝送距離を延ばしたり受光信号レベ
ルを高くしたりする場合が多い。この信号光を増幅する
光増幅装置は例えば図2に示すように構成されている。
信号光を送信する光ファイバ21は集光用レンズ22を
介して合波器23に接続されている。また半導体レ−ザ
も集光用レンズ27を介して合波器23に接続されてい
る。合波器23の出力部分は、光ファイバにエルビウム
などの希土類元素を数100ppm添加した、希土類元
素添加光ファイバEDF(ErbiumDoped F
iber)24に接続されている。
いて信号光を送信し、光ファイバ等を媒体として長距離
伝送を行うものである。このような光通信システムで
は、信号光を増幅し伝送距離を延ばしたり受光信号レベ
ルを高くしたりする場合が多い。この信号光を増幅する
光増幅装置は例えば図2に示すように構成されている。
信号光を送信する光ファイバ21は集光用レンズ22を
介して合波器23に接続されている。また半導体レ−ザ
も集光用レンズ27を介して合波器23に接続されてい
る。合波器23の出力部分は、光ファイバにエルビウム
などの希土類元素を数100ppm添加した、希土類元
素添加光ファイバEDF(ErbiumDoped F
iber)24に接続されている。
【0003】入力信号光Pinは光ファイバ21を通過
し、集光用レンズ22を介して合波器23に入力され
る。EDF24の希土類元素を励起するための励起用レ
−ザ光Pm は半導体レ−ザ26より照射され、集光用レ
ンズ27を介して合波器23に入力される。上記入力信
号光Pinと上記励起用レ−ザ光Pm のそれぞれの波長を
合波器23を用いて、光学的に結合させ一方向にのみ導
波させる。合波された光はEDF24に入力される。そ
れらの光のうち上記励起用レ−ザ光Pm は、EDF24
中に添加されている希土類元素を励起する。それにより
励起した希土類元素により誘導放出が起こり、上記入力
信号光Pinは利得を得て、増幅されEDF24の他端か
ら出力される。
し、集光用レンズ22を介して合波器23に入力され
る。EDF24の希土類元素を励起するための励起用レ
−ザ光Pm は半導体レ−ザ26より照射され、集光用レ
ンズ27を介して合波器23に入力される。上記入力信
号光Pinと上記励起用レ−ザ光Pm のそれぞれの波長を
合波器23を用いて、光学的に結合させ一方向にのみ導
波させる。合波された光はEDF24に入力される。そ
れらの光のうち上記励起用レ−ザ光Pm は、EDF24
中に添加されている希土類元素を励起する。それにより
励起した希土類元素により誘導放出が起こり、上記入力
信号光Pinは利得を得て、増幅されEDF24の他端か
ら出力される。
【0004】ところで従来の光増幅装置では、異なる波
長の光を合波し一方向のみに出力させるための複雑な構
造を有する合波器23が必要である。また、この合波器
23からの出力光をEDF24に入力させるために、合
波器23の一端とEDF24の一端をサブミクロンの精
度で接続する必要があり、光ファイバ融着(スプライシ
ング)法などの難度の高い技術が不可欠である。
長の光を合波し一方向のみに出力させるための複雑な構
造を有する合波器23が必要である。また、この合波器
23からの出力光をEDF24に入力させるために、合
波器23の一端とEDF24の一端をサブミクロンの精
度で接続する必要があり、光ファイバ融着(スプライシ
ング)法などの難度の高い技術が不可欠である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、光ファイバ中の
希土類元素が励起され誘導放出が起こり、信号光は利得
を得て増幅され送信される。しかしながら、希土類元素
は信号光の波長のみでは励起できない。そのために希土
類元素を誘導放出するための励起光が必要であり、励起
光源として半導体レ−ザを用いる。そのため信号光と励
起光を希土類元素添加光ファイバに入力するためには、
それら2つの光を合波し一方向にのみ導波する必要があ
る。そのために合波器を用いるが、その合波器は複雑な
構造を有しており、高価である。また合波器と光ファイ
バ等とを接続するには、難度の高い技術を用いなければ
ならない。故に、本発明は光増幅を複雑な装置や難しい
技術を用いずに、容易に行える装置を提供するのが目的
である。
希土類元素が励起され誘導放出が起こり、信号光は利得
を得て増幅され送信される。しかしながら、希土類元素
は信号光の波長のみでは励起できない。そのために希土
類元素を誘導放出するための励起光が必要であり、励起
光源として半導体レ−ザを用いる。そのため信号光と励
起光を希土類元素添加光ファイバに入力するためには、
それら2つの光を合波し一方向にのみ導波する必要があ
る。そのために合波器を用いるが、その合波器は複雑な
構造を有しており、高価である。また合波器と光ファイ
バ等とを接続するには、難度の高い技術を用いなければ
ならない。故に、本発明は光増幅を複雑な装置や難しい
技術を用いずに、容易に行える装置を提供するのが目的
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】信号光を入力する光ファ
イバ等を集光用レンズを介して、半導体レ−ザの一端に
対抗させる。また上記半導体レ−ザの他端を集光用レン
ズを介して、希土類元素を添加した光ファイバ等に対抗
させる。希土類元素を励起させるための励起光は、上記
半導体レ−ザで生成される。信号光を半導体レ−ザの活
性層中を導波させ、上記励起光の出力と重ねて、希土類
元素添加光ファイバ等に入力することを特徴とするもの
である。
イバ等を集光用レンズを介して、半導体レ−ザの一端に
対抗させる。また上記半導体レ−ザの他端を集光用レン
ズを介して、希土類元素を添加した光ファイバ等に対抗
させる。希土類元素を励起させるための励起光は、上記
半導体レ−ザで生成される。信号光を半導体レ−ザの活
性層中を導波させ、上記励起光の出力と重ねて、希土類
元素添加光ファイバ等に入力することを特徴とするもの
である。
【0007】
【作用】上記のように構成された光増幅装置では、光フ
ァイバから出力される信号光は集光用レンズを介して半
導体レ−ザの一端に入力される。入力された上記信号光
は、半導体レ−ザで生成された励起光と半導体レ−ザ中
で合波する。そして合波された光は、上記半導体レ−ザ
の他端から、集光用レンズを介して希土類元素を添加し
た光ファイバに入力される。半導体レ−ザで生成した励
起光は希土類元素を励起し誘導放出がなされ、信号光は
利得を得て増幅される。
ァイバから出力される信号光は集光用レンズを介して半
導体レ−ザの一端に入力される。入力された上記信号光
は、半導体レ−ザで生成された励起光と半導体レ−ザ中
で合波する。そして合波された光は、上記半導体レ−ザ
の他端から、集光用レンズを介して希土類元素を添加し
た光ファイバに入力される。半導体レ−ザで生成した励
起光は希土類元素を励起し誘導放出がなされ、信号光は
利得を得て増幅される。
【0008】よって光ファイバ等の精密接合技術で作ら
れる合波器などを使用せずに、容易に異なる波長を合波
できる。そのため従来、スプライシング法などの難度の
高い技術を必要とした、合波器と希土類元素を添加した
光ファイバの接続を行う必要がない。
れる合波器などを使用せずに、容易に異なる波長を合波
できる。そのため従来、スプライシング法などの難度の
高い技術を必要とした、合波器と希土類元素を添加した
光ファイバの接続を行う必要がない。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【0010】図1は本実施例の構成図であり、図3A及
び図3Bは半導体レ−ザの端面に被膜する誘電体膜の透
過率−波長特性図であり、図4は半導体レ−ザから出射
される励起光のスペクトル図である。
び図3Bは半導体レ−ザの端面に被膜する誘電体膜の透
過率−波長特性図であり、図4は半導体レ−ザから出射
される励起光のスペクトル図である。
【0011】図1に示されるように、本実施例の構成は
以下のとおりである。光ファイバ11は集光用レンズ1
2を介して半導体レ−ザ16の一端、特に活性層15に
対抗している。上記半導体レ−ザ16の他端は希土類元
素を添加した光ファイバ19に集光用レンズ18を介し
て対抗している。それぞれの上記集光用レンズ12、1
8に対抗する半導体レ−ザ16の両端は、それぞれ誘電
体膜13、17で被膜されている。
以下のとおりである。光ファイバ11は集光用レンズ1
2を介して半導体レ−ザ16の一端、特に活性層15に
対抗している。上記半導体レ−ザ16の他端は希土類元
素を添加した光ファイバ19に集光用レンズ18を介し
て対抗している。それぞれの上記集光用レンズ12、1
8に対抗する半導体レ−ザ16の両端は、それぞれ誘電
体膜13、17で被膜されている。
【0012】本実施例においては1.5μm帯の波長を
用いて説明する。また、希土類元素を添加する光学材料
として、例えばコア径9μmグラッド径125μmの石
英系単一モ−ド光ファイバを用いる。希土類元素はこの
光ファイバ製造時にコアの中心付近数μm径内に添加さ
れる。添加する希土類元素は増幅する光の波長により選
ばれ、1.5μm帯の場合はエルビウム元素を用いる。
エルビウム元素は石英ファイバ中で 4I23/2,
4I11/2, 4I9/2 , 4F9/2 , 4S3/2 のエネルギ−
準位を形成し、それぞれ波長換算して、1.54,0.98,0.
8 , 0.65 ,0.514 μmのエネルギ−準位が形成され
る。この中で 4I23/2の準位を利用し、1.54μm帯波長
の光を放出させるためには、このエネルギ−準位以上の
高いエネルギ−準位に電子を励起させる。 4I23/2の準
位は波長換算で1.48,1.535 ,1.55μmの準安定準位か
らなっており、1.48μmの波長をもつ光で励起し、1.53
5,1.55μmの波長の光を放出させることができる。
用いて説明する。また、希土類元素を添加する光学材料
として、例えばコア径9μmグラッド径125μmの石
英系単一モ−ド光ファイバを用いる。希土類元素はこの
光ファイバ製造時にコアの中心付近数μm径内に添加さ
れる。添加する希土類元素は増幅する光の波長により選
ばれ、1.5μm帯の場合はエルビウム元素を用いる。
エルビウム元素は石英ファイバ中で 4I23/2,
4I11/2, 4I9/2 , 4F9/2 , 4S3/2 のエネルギ−
準位を形成し、それぞれ波長換算して、1.54,0.98,0.
8 , 0.65 ,0.514 μmのエネルギ−準位が形成され
る。この中で 4I23/2の準位を利用し、1.54μm帯波長
の光を放出させるためには、このエネルギ−準位以上の
高いエネルギ−準位に電子を励起させる。 4I23/2の準
位は波長換算で1.48,1.535 ,1.55μmの準安定準位か
らなっており、1.48μmの波長をもつ光で励起し、1.53
5,1.55μmの波長の光を放出させることができる。
【0013】尚、励起光源として半導体レ−ザを用い
る。その場合、0.98と1.48μmの波長が効率がよいが0.
98μm帯の半導体レ−ザは超格子歪構造を必要とする。
よって幾分効率は劣るが1.48μm帯の通常の半導体レ−
ザを高出力動作させて使用することで十分励起動作が可
能である。この高出力半導体レ−ザ16はInGaAs
P/InP系の組成をもつ埋め込みヘテロ接合で実現で
きる。活性層15はInGaAsPの混晶組成をもち、
1.46〜1.5 μmの波長の光を放出することができる。こ
の半導体レ−ザ16に300 〜500 mAの電流If を注入
した場合のレ−ザ光のスペクトルを図4に示す。EDF
19中の各準位は、ある一定の幅を持っているため、1.
48μmの準位を励起するには1.46〜1.5 μmの波長のレ
−ザ光で十分可能である。光増幅率を大きくするにはで
きるだけ大きなパワ−のレ−ザ光が必要であるが、5 〜
100 mWの強さがあれば実用的な光増幅率が得られる。
この半導体レ−ザ16の端面から放出された励起用レ−
ザ光Pm は半値全幅約30度、40度の楕円系の出力パ
タ−ンをもっているため、コア径9μmのEDF19に
入力するには、集光用レンズ18を用いる必要がある。
る。その場合、0.98と1.48μmの波長が効率がよいが0.
98μm帯の半導体レ−ザは超格子歪構造を必要とする。
よって幾分効率は劣るが1.48μm帯の通常の半導体レ−
ザを高出力動作させて使用することで十分励起動作が可
能である。この高出力半導体レ−ザ16はInGaAs
P/InP系の組成をもつ埋め込みヘテロ接合で実現で
きる。活性層15はInGaAsPの混晶組成をもち、
1.46〜1.5 μmの波長の光を放出することができる。こ
の半導体レ−ザ16に300 〜500 mAの電流If を注入
した場合のレ−ザ光のスペクトルを図4に示す。EDF
19中の各準位は、ある一定の幅を持っているため、1.
48μmの準位を励起するには1.46〜1.5 μmの波長のレ
−ザ光で十分可能である。光増幅率を大きくするにはで
きるだけ大きなパワ−のレ−ザ光が必要であるが、5 〜
100 mWの強さがあれば実用的な光増幅率が得られる。
この半導体レ−ザ16の端面から放出された励起用レ−
ザ光Pm は半値全幅約30度、40度の楕円系の出力パ
タ−ンをもっているため、コア径9μmのEDF19に
入力するには、集光用レンズ18を用いる必要がある。
【0014】ところで、入力信号光Pinは石英系ファイ
バの低損失波長であり、かつEDF19のエネルギ−準
位にあった1.535 や1.55μmの波長である。入力信号光
Pinは石英系ファイバ11を用いて半導体レ−ザ16中
の活性層15の端面に集光用レンズ12を用いて入力さ
れる。活性層15は0.2×1.5μmの断面と長さ40
0 〜1000μmである。この断面寸法はレ−ザ光出力と活
性層15を伝搬する光信号のモ−ド制御を考慮して決め
られる。活性層15を伝搬した入力信号光Pinは、半導
体レ−ザで生成された1.48μm帯波長の励起用レ−ザ光
Pm と共に、半導体レ−ザ16の他端から集光用レンズ
18を介してEDF19の端面に入力される。
バの低損失波長であり、かつEDF19のエネルギ−準
位にあった1.535 や1.55μmの波長である。入力信号光
Pinは石英系ファイバ11を用いて半導体レ−ザ16中
の活性層15の端面に集光用レンズ12を用いて入力さ
れる。活性層15は0.2×1.5μmの断面と長さ40
0 〜1000μmである。この断面寸法はレ−ザ光出力と活
性層15を伝搬する光信号のモ−ド制御を考慮して決め
られる。活性層15を伝搬した入力信号光Pinは、半導
体レ−ザで生成された1.48μm帯波長の励起用レ−ザ光
Pm と共に、半導体レ−ザ16の他端から集光用レンズ
18を介してEDF19の端面に入力される。
【0015】このとき、入力信号光Pinは1.535や
1.55μmの波長である。そのため、入力信号光Pin
は活性層15内でほとんど吸収されずにレ−ザ光と合波
される。(しかし、例えば1.48μmの波長である
と、活性層15内で吸収され増幅されてEDF19に入
力される。)
1.55μmの波長である。そのため、入力信号光Pin
は活性層15内でほとんど吸収されずにレ−ザ光と合波
される。(しかし、例えば1.48μmの波長である
と、活性層15内で吸収され増幅されてEDF19に入
力される。)
【0016】半導体レ−ザ16のEDF19に対抗する
面は高出力な励起用レ−ザ光と信号光を放出するため、
図3Aに示す低反射率を有する誘電体多層膜17により
被覆されている。石英系ファイバ11に対抗する面は、
半導体レーザ16で生成される1.48μm帯レ−ザ光に対
し高反射率をもち、入力信号光Pinの1.53〜1.56μmに
対し低反射率をもち、図3Bに示す反射特性を有する誘
電体多層膜13により被覆されている。
面は高出力な励起用レ−ザ光と信号光を放出するため、
図3Aに示す低反射率を有する誘電体多層膜17により
被覆されている。石英系ファイバ11に対抗する面は、
半導体レーザ16で生成される1.48μm帯レ−ザ光に対
し高反射率をもち、入力信号光Pinの1.53〜1.56μmに
対し低反射率をもち、図3Bに示す反射特性を有する誘
電体多層膜13により被覆されている。
【0017】なお、上記実施例においては、1.5μm
帯波長を用いて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、赤外から紫外領域に及ぶ波長の光にも実
施し得るものである。また、光ファイバ、空気、レンズ
を光伝搬の媒体として説明したが、どのような媒体、例
えば半導体基板や誘電体基板上でも、同等に実施し得る
ものである。加えて、半導体レ−ザの構造は活性層にM
QW構造や光導波路構造があっても同等に実施し得るも
のである。
帯波長を用いて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、赤外から紫外領域に及ぶ波長の光にも実
施し得るものである。また、光ファイバ、空気、レンズ
を光伝搬の媒体として説明したが、どのような媒体、例
えば半導体基板や誘電体基板上でも、同等に実施し得る
ものである。加えて、半導体レ−ザの構造は活性層にM
QW構造や光導波路構造があっても同等に実施し得るも
のである。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、光ファイバ中に添加された希土類元素を励起する
ための励起光を生成する半導体レ−ザ自体を、信号光の
光導波路として用いる。それにより、容易に異なる2つ
の波長をもつ光を合波できる。したがって、これまで使
用していた方向性合波器などの複雑な装置を省くことが
でき、さらに半導体レ−ザの活性層においても、信号光
が増幅され利得を得る場合もある。
では、光ファイバ中に添加された希土類元素を励起する
ための励起光を生成する半導体レ−ザ自体を、信号光の
光導波路として用いる。それにより、容易に異なる2つ
の波長をもつ光を合波できる。したがって、これまで使
用していた方向性合波器などの複雑な装置を省くことが
でき、さらに半導体レ−ザの活性層においても、信号光
が増幅され利得を得る場合もある。
【図1】本発明の一実施例の構成図。
【図2】従来例を示す構成図。
【図3】半導体レ−ザに使用されている誘電体膜の反射
率−波長特性図。
率−波長特性図。
【図4】半導体レ−ザに使用されている誘電体膜の反射
率−波長特性図。
率−波長特性図。
【図5】図1の半導体レ−ザで生成されたレ−ザ光のス
ペクトル図。
ペクトル図。
【符号の説明】
11…光ファイバ,12…集光用レンズ,13…誘電体
膜,15…活性層,16…半導体レ−ザ,17…誘電体
膜,18…集光用レンズ,19…希土類元素添加光ファ
イバ。
膜,15…活性層,16…半導体レ−ザ,17…誘電体
膜,18…集光用レンズ,19…希土類元素添加光ファ
イバ。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所
H01S 3/18 9170−4M
Claims (3)
- 【請求項1】 信号光が入力される光ファイバと、一端
が該光ファイバに結合し、他端が希土類元素を添加した
光ファイバに結合した半導体レ−ザとを備え、上記信号
光を上記半導体レ−ザの活性層を伝搬させ、上記半導体
レ−ザにより上記希土類元素を添加した光ファイバを励
起して上記信号光を増幅することを特徴とする光増幅装
置。 - 【請求項2】 上記信号光が入力される光ファイバと上
記半導体レ−ザ、及び上記半導体レ−ザと上記希土類元
素を添加した光ファイバとは、それぞれ集光用レンズを
介して結合していることを特徴とする請求項1記載の光
増幅装置。 - 【請求項3】 上記光ファイバに対抗する上記半導体レ
−ザの一端が、上記希土類元素を励起する波長に対し高
反射率をもち、かつ、上記光ファイバから放出される波
長に対し低反射率をもつ誘電体膜で被覆されており、上
記半導体レ−ザの他端が、上記希土類元素を励起する波
長に対し低反射率をもち、かつ、上記光ファイバから放
出される波長に対し低反射率をもつ誘電体膜で被覆され
ていることを特徴とする請求項1記載の光増幅装置。
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DE69210130T DE69210130T2 (de) | 1991-07-16 | 1992-06-30 | Optischer Verstärker mit einem Halbleiterlaser als Multiplexer |
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- 1992-06-30 DE DE69210130T patent/DE69210130T2/de not_active Expired - Fee Related
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DE69210130D1 (de) | 1996-05-30 |
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EP0525412B1 (en) | 1996-04-24 |
JP2693662B2 (ja) | 1997-12-24 |
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