JPH02230221A - 光バイアスシフター - Google Patents
光バイアスシフターInfo
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- JPH02230221A JPH02230221A JP4982189A JP4982189A JPH02230221A JP H02230221 A JPH02230221 A JP H02230221A JP 4982189 A JP4982189 A JP 4982189A JP 4982189 A JP4982189 A JP 4982189A JP H02230221 A JPH02230221 A JP H02230221A
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- Japan
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- optical
- light
- signal
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は,光機能素子に係り、特に信号成分中の低い信
号光レベルをより低くし信号のS/Nを高める光バイア
スシフターに関する. 〔従来の技術〕 光通信では、光の強度を変えてON,OFFの信号をの
せる強度変調方式や光のコヒーレンシーを利用して光の
周波数や位相にON,OFFの信号をのせるコヒーレン
ト光通信として周波数変調,位相変調方式がとられてい
る。
号光レベルをより低くし信号のS/Nを高める光バイア
スシフターに関する. 〔従来の技術〕 光通信では、光の強度を変えてON,OFFの信号をの
せる強度変調方式や光のコヒーレンシーを利用して光の
周波数や位相にON,OFFの信号をのせるコヒーレン
ト光通信として周波数変調,位相変調方式がとられてい
る。
強度変調では信号光源に半導体レーザを用いて、その入
力電流に信号電流をのせることで、その半導体レーザの
出力光の強度を変調する.強度変調されたレーザ光が光
ファイバを伝送し,直接受光器で電気信号に復元される
. 半導体レーザの光強度の変調速度を高めるためには、半
導体レーザの容量と抵抗を下げること及び半導体レーザ
に注入されたキャリア(電子,正孔)と励起光子の増幅
,減衰過程のキャリャ密度変動への追従時間ずれに起因
する緩和振動周波数を高める必要がある.前者は構造を
変えることにより改善されている。後者については、次
のような特徴がある. 緩和振動周波数frは光出力Paの2乗根に比例する.
このため大きな光出力では!.は高くとれる.しかし,
強度変調のS/Nを良くするためには,光の強度のON
とOFF時の明確さをつけるため、光出力はほぼ零とな
る発振閾電流値付近から信号電流を入力して変調する必
要があった.現在は、この閾値近傍にバイアス点を設定
して利用している. 光の周波数や位相に信号を乗せるコヒーレント光通信で
は、周波数や位相に信号を持ち、光ファイバを伝送した
信号光に対し,受信系に用意した直流光を干渉させる.
このとき,信号光の電界Esと直流光の電界E−の積の
形2EsE一で周波数又は位相信号成分が強度変化とし
て現われ,これを受光器で電気信号に変換する.従って
直流光の電界強度E−が大きい程信号成分の強度変換が
大きくなり、S/Nが上記の強度変調方式よりも改善さ
れる利点がある. また、光増幅器を用いた光中継器では.信号光を電気信
号に直す必要がないため,構成が非常に簡単になる. 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、より高速に変調あるいはS/Nを高めようと
するとき次のような問題があった.強度変調方式では、
従来直流光出力を低くする素子又は方式がなく、結局、
閾値電流近傍の低光出力にバイアスし、ここから変調を
加えていた.このため,高出力域の高い緩和振動周波数
が,低い出力域の低い緩和振動周波数により制限を受け
、変調速度をあまり高めることはできなかった.また、
コヒーレント光通信系では,干渉信号出力を大きくする
ために,直流干渉光の電界E−を大きくすると、この直
流光自身の強度IE−1”が大きくなり,受光系のアン
プのダイナミックレンジが劣化し、S/N改善が劣ると
いう問題があった. また,光増幅器を用いた光中継器では,信号光が入らな
いとき,光増幅器自体が発する自然放出光が雑音源とな
りS/Nを低めていた.〔課題を解決するための手段〕 強度変調方式で高い緩和振動域のみを利用し、かつ信号
出力光の高低のパワー比を得るためには、低い信号出力
時の光出力バイアス点を半導体レーザの高い出力点に設
定し、高い信号出力点をさらに高い出力点に設定すれば
よい.そして,この出力信号に対し、低い信号出力のバ
イアス分を減少させ、高低信号出力差と低い信号出力す
なわち直流バイアス光出力の比を大きくシ,デューテイ
ー比を大きくすれば良い. 又,コヒーレント光通信においても同様に、直流光光強
度分の出力を低下させ、干渉出力分と直流強度分の出力
比すなわちデューテイー比を大きくすれば良い. 上記のことは、強度変調方式の場合は変調光出力に対し
,コヒーレント光通信では信号光,直流光の干渉を行う
光学系に,低い光出力レベル時は吸収領域、高い光カレ
ベルでは吸収飽和域となるように設定した町飽和吸収体
を挿入することによリ達成される。
力電流に信号電流をのせることで、その半導体レーザの
出力光の強度を変調する.強度変調されたレーザ光が光
ファイバを伝送し,直接受光器で電気信号に復元される
. 半導体レーザの光強度の変調速度を高めるためには、半
導体レーザの容量と抵抗を下げること及び半導体レーザ
に注入されたキャリア(電子,正孔)と励起光子の増幅
,減衰過程のキャリャ密度変動への追従時間ずれに起因
する緩和振動周波数を高める必要がある.前者は構造を
変えることにより改善されている。後者については、次
のような特徴がある. 緩和振動周波数frは光出力Paの2乗根に比例する.
このため大きな光出力では!.は高くとれる.しかし,
強度変調のS/Nを良くするためには,光の強度のON
とOFF時の明確さをつけるため、光出力はほぼ零とな
る発振閾電流値付近から信号電流を入力して変調する必
要があった.現在は、この閾値近傍にバイアス点を設定
して利用している. 光の周波数や位相に信号を乗せるコヒーレント光通信で
は、周波数や位相に信号を持ち、光ファイバを伝送した
信号光に対し,受信系に用意した直流光を干渉させる.
このとき,信号光の電界Esと直流光の電界E−の積の
形2EsE一で周波数又は位相信号成分が強度変化とし
て現われ,これを受光器で電気信号に変換する.従って
直流光の電界強度E−が大きい程信号成分の強度変換が
大きくなり、S/Nが上記の強度変調方式よりも改善さ
れる利点がある. また、光増幅器を用いた光中継器では.信号光を電気信
号に直す必要がないため,構成が非常に簡単になる. 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、より高速に変調あるいはS/Nを高めようと
するとき次のような問題があった.強度変調方式では、
従来直流光出力を低くする素子又は方式がなく、結局、
閾値電流近傍の低光出力にバイアスし、ここから変調を
加えていた.このため,高出力域の高い緩和振動周波数
が,低い出力域の低い緩和振動周波数により制限を受け
、変調速度をあまり高めることはできなかった.また、
コヒーレント光通信系では,干渉信号出力を大きくする
ために,直流干渉光の電界E−を大きくすると、この直
流光自身の強度IE−1”が大きくなり,受光系のアン
プのダイナミックレンジが劣化し、S/N改善が劣ると
いう問題があった. また,光増幅器を用いた光中継器では,信号光が入らな
いとき,光増幅器自体が発する自然放出光が雑音源とな
りS/Nを低めていた.〔課題を解決するための手段〕 強度変調方式で高い緩和振動域のみを利用し、かつ信号
出力光の高低のパワー比を得るためには、低い信号出力
時の光出力バイアス点を半導体レーザの高い出力点に設
定し、高い信号出力点をさらに高い出力点に設定すれば
よい.そして,この出力信号に対し、低い信号出力のバ
イアス分を減少させ、高低信号出力差と低い信号出力す
なわち直流バイアス光出力の比を大きくシ,デューテイ
ー比を大きくすれば良い. 又,コヒーレント光通信においても同様に、直流光光強
度分の出力を低下させ、干渉出力分と直流強度分の出力
比すなわちデューテイー比を大きくすれば良い. 上記のことは、強度変調方式の場合は変調光出力に対し
,コヒーレント光通信では信号光,直流光の干渉を行う
光学系に,低い光出力レベル時は吸収領域、高い光カレ
ベルでは吸収飽和域となるように設定した町飽和吸収体
を挿入することによリ達成される。
光中継器では,光増幅器の自然放出光の成分を下げるこ
とにより,信号のS/Nが改善される.〔作用〕 第1図は可飽和吸収体を用いたときのその可飽和吸収体
への入力光と出力光の関係を示す.以下その動作原理を
説明する. 可飽和吸収体では弱い光入力に対しては,充分吸収因子
が作用するため吸収係数が大きく,出力光はほとんどな
い.しかし,光入力が大きくなると吸収因子が不足する
ため、光の吸収係数が下がり、出力光が現われる.これ
が吸収飽和の現われであり,光入力を強めれば強めるほ
ど出力光強度は図のスーパーリニアな曲線1−1のよう
に増加する.さて,直流バイパス光強度11を有するO
N−OFFの信号光2をこの可飽和吸収体に入力すると
、低い信号レベル11は大きく吸収を受け,光出力強度
12は小さくなる.これに対し,高い信号レベルでは、
吸収が減少し、出力光レベルは高い状態が保たれ全体と
しての出力光3を得る.入力光の信号変調分13と直流
バイアス光分11の比率に対し,出力光3の信号変調分
14と直流バイアス光分12の比率は改善される.この
とき,変調分の入力光と出力光の比率は,高いレベルの
吸収係数が小さいため、直流分の吸収減衰に比べ格段に
大きい. 〔実施例〕 第1図と第2図により実施例1を説明する.第2図は本
発明の実施例の光通信システムの模式的構成図である. 信号電流発生器31からの電流信号を直流バイアスに付
加して,半導体レーザ32の光出力を強度変調し、光フ
ァイバ34を伝送させた後に受光器35で電気信号に復
元し,増幅器36で電気信号出力を増幅する.本実施例
はこのような強度変調方式の光通信システムに,可飽和
吸収体33を挿入したシステムである. この可飽和吸収体33は、1.57μmの発振波長を持
つファブリベロ型半導体レーザにSiOの無反射コーテ
ィング37を設けて作製したちのである.半導体レーザ
の発振波長は1.55μmであり、直流バイアスが加え
られた状態で信号発生源31からの信号が付加される.
可飽和吸収体33への注入電流をOとした条件下で半導
体レーザ32からの可飽和吸収体33への光入力と可飽
和吸収体33からの光出力の関係を示したものが第1図
である. 入力光信号2の直流バイアス分11は、可飽和吸収体の
入出力特性1−1の閾値よりわずかに低くなるように1
mWに設定してある.入力光の信号成分13は、入呂力
特性1−1の可飽和領域となる.信号成分として2mW
相当を加える.その結果,可飽和吸収体からの出力光信
号3の直流分12としては、50μW、信号成分は〜1
.1mWとなった. 入力光の直流成分が小さな信号2′が入射した場合、可
飽和吸収体33への注入電流を加えることにより.可飽
和吸収特性を曲ml−2のようにシフトさせることがで
きる.これにより、直流入力光の強度に、可飽和吸収点
を合せ、信号成分の劣化を防ぐことができる.ここで、
特性1−2は,注入電流値として.2mAを加えたとき
の可飽和吸収体33の入出光強度特性である. さらに,第2図の構成において、半導体レーザ32に分
布帰還型半導体レーザを用いて光バイアスシフターをモ
ノリシックに接合し、光バイアスシフターの入力側の無
反射コーティングを省くことも容易である. 実施例2 第3図を用いて第2の実施例を説明する.第4図はコヒ
ーレント光通信システムの基本構成に本発明の光バイア
スシフタを導入したものである.信号電流発生器31か
らの電流信号を直流バイアスに付加して、半導体レーザ
32の光出力の周波数を変調する、この変調信号光を光
アイソレータ38aを通して,光ファイバ34で伝送し
、受信系の光カプラ39で光アイソレータ38bを通し
た局部発振用半導体レーザ40の直流出力光と干渉させ
る.干渉光は、局部発振光の直流強度の上に信号光との
千渉信号光分として、信号強度分が重畳される.この干
渉信号光をファブリペロレーザに無反射コーティング3
7を設した光バイアスシフターである可飽和吸収体33
に入射する,このときの光バイアスシフター33への人
出方光の特性を第4図に示す.干渉信号光4に対し、直
流分を可飽和吸収特性1−1の可飽和吸収点に設定する
.実施例1と同様に出方光5は直流分が圧縮される. 実施例3 第5図は,第3の実施例として、光中継器に本発明の光
バイアスシフターを用いた場合の光学系の構成を示す. 本実施例の構成は、光増幅器41と光フィルター42を
用いた光中継器に、波形整形用の光バイアスシフターと
しての可飽和吸収体33を挿入したものである. 光ファイバ34を伝搬した信号光は光増幅器41で信号
光強度が増幅される.光増幅器41は大量の自然放出光
も含むため、フィルター42で信号光とは無関係の波長
の自然放出光をカットする.さらに、光バイアスシフタ
である可飽和吸収体33を挿入することにより,フィル
ターを透過した光増幅器の自然放出光をもカットできる
.その動作を第6図に示す.光フィルター42からの出
力光の時間変化6では、低い信号レベル時に光増幅器の
自然放出光雑を含む.これを入出力光特性として曲線1
−2を持つ光バイアスシフター33に入射すると、その
出力波形7は,低いレベルの雑音分が吸収され、整形さ
れてS/Nが高まる.この光フィルター42と光バイア
スシフター33を入れ替えても良いし、また、光フィル
ターを省いて光バイアスシフターのみでも、光増幅器の
自然放出光の雑音成分をかなり抑えることができる. 〔発明の効果〕 本発明によれば、光強度の直流バイアス量を変えること
ができるので,直流成分の除去や低い信号レベルに含ま
れる雑音を抑えることができるので、光通信や光情報処
理系でのS/Nを高めることができる.
とにより,信号のS/Nが改善される.〔作用〕 第1図は可飽和吸収体を用いたときのその可飽和吸収体
への入力光と出力光の関係を示す.以下その動作原理を
説明する. 可飽和吸収体では弱い光入力に対しては,充分吸収因子
が作用するため吸収係数が大きく,出力光はほとんどな
い.しかし,光入力が大きくなると吸収因子が不足する
ため、光の吸収係数が下がり、出力光が現われる.これ
が吸収飽和の現われであり,光入力を強めれば強めるほ
ど出力光強度は図のスーパーリニアな曲線1−1のよう
に増加する.さて,直流バイパス光強度11を有するO
N−OFFの信号光2をこの可飽和吸収体に入力すると
、低い信号レベル11は大きく吸収を受け,光出力強度
12は小さくなる.これに対し,高い信号レベルでは、
吸収が減少し、出力光レベルは高い状態が保たれ全体と
しての出力光3を得る.入力光の信号変調分13と直流
バイアス光分11の比率に対し,出力光3の信号変調分
14と直流バイアス光分12の比率は改善される.この
とき,変調分の入力光と出力光の比率は,高いレベルの
吸収係数が小さいため、直流分の吸収減衰に比べ格段に
大きい. 〔実施例〕 第1図と第2図により実施例1を説明する.第2図は本
発明の実施例の光通信システムの模式的構成図である. 信号電流発生器31からの電流信号を直流バイアスに付
加して,半導体レーザ32の光出力を強度変調し、光フ
ァイバ34を伝送させた後に受光器35で電気信号に復
元し,増幅器36で電気信号出力を増幅する.本実施例
はこのような強度変調方式の光通信システムに,可飽和
吸収体33を挿入したシステムである. この可飽和吸収体33は、1.57μmの発振波長を持
つファブリベロ型半導体レーザにSiOの無反射コーテ
ィング37を設けて作製したちのである.半導体レーザ
の発振波長は1.55μmであり、直流バイアスが加え
られた状態で信号発生源31からの信号が付加される.
可飽和吸収体33への注入電流をOとした条件下で半導
体レーザ32からの可飽和吸収体33への光入力と可飽
和吸収体33からの光出力の関係を示したものが第1図
である. 入力光信号2の直流バイアス分11は、可飽和吸収体の
入出力特性1−1の閾値よりわずかに低くなるように1
mWに設定してある.入力光の信号成分13は、入呂力
特性1−1の可飽和領域となる.信号成分として2mW
相当を加える.その結果,可飽和吸収体からの出力光信
号3の直流分12としては、50μW、信号成分は〜1
.1mWとなった. 入力光の直流成分が小さな信号2′が入射した場合、可
飽和吸収体33への注入電流を加えることにより.可飽
和吸収特性を曲ml−2のようにシフトさせることがで
きる.これにより、直流入力光の強度に、可飽和吸収点
を合せ、信号成分の劣化を防ぐことができる.ここで、
特性1−2は,注入電流値として.2mAを加えたとき
の可飽和吸収体33の入出光強度特性である. さらに,第2図の構成において、半導体レーザ32に分
布帰還型半導体レーザを用いて光バイアスシフターをモ
ノリシックに接合し、光バイアスシフターの入力側の無
反射コーティングを省くことも容易である. 実施例2 第3図を用いて第2の実施例を説明する.第4図はコヒ
ーレント光通信システムの基本構成に本発明の光バイア
スシフタを導入したものである.信号電流発生器31か
らの電流信号を直流バイアスに付加して、半導体レーザ
32の光出力の周波数を変調する、この変調信号光を光
アイソレータ38aを通して,光ファイバ34で伝送し
、受信系の光カプラ39で光アイソレータ38bを通し
た局部発振用半導体レーザ40の直流出力光と干渉させ
る.干渉光は、局部発振光の直流強度の上に信号光との
千渉信号光分として、信号強度分が重畳される.この干
渉信号光をファブリペロレーザに無反射コーティング3
7を設した光バイアスシフターである可飽和吸収体33
に入射する,このときの光バイアスシフター33への人
出方光の特性を第4図に示す.干渉信号光4に対し、直
流分を可飽和吸収特性1−1の可飽和吸収点に設定する
.実施例1と同様に出方光5は直流分が圧縮される. 実施例3 第5図は,第3の実施例として、光中継器に本発明の光
バイアスシフターを用いた場合の光学系の構成を示す. 本実施例の構成は、光増幅器41と光フィルター42を
用いた光中継器に、波形整形用の光バイアスシフターと
しての可飽和吸収体33を挿入したものである. 光ファイバ34を伝搬した信号光は光増幅器41で信号
光強度が増幅される.光増幅器41は大量の自然放出光
も含むため、フィルター42で信号光とは無関係の波長
の自然放出光をカットする.さらに、光バイアスシフタ
である可飽和吸収体33を挿入することにより,フィル
ターを透過した光増幅器の自然放出光をもカットできる
.その動作を第6図に示す.光フィルター42からの出
力光の時間変化6では、低い信号レベル時に光増幅器の
自然放出光雑を含む.これを入出力光特性として曲線1
−2を持つ光バイアスシフター33に入射すると、その
出力波形7は,低いレベルの雑音分が吸収され、整形さ
れてS/Nが高まる.この光フィルター42と光バイア
スシフター33を入れ替えても良いし、また、光フィル
ターを省いて光バイアスシフターのみでも、光増幅器の
自然放出光の雑音成分をかなり抑えることができる. 〔発明の効果〕 本発明によれば、光強度の直流バイアス量を変えること
ができるので,直流成分の除去や低い信号レベルに含ま
れる雑音を抑えることができるので、光通信や光情報処
理系でのS/Nを高めることができる.
第1図は本発明の入出力光特性と信号光バイアスの設定
を表わした説明図,第2図,第3図は本発明の実施例の
光通信システムの基本構成を示す模式図、第4図はコヒ
ーレント光通信システムに実施した場合の入出力光の関
係を示す特性図、第5図は本発明を光中継器に実施した
場合の基本構成を示す模式図,第6図は本発明を光中継
器に実施した場合の入出力光の関係を示す特性図である
.1−1・・・バイアス電流が零のときの入出力光特性
,1−2・・・バイアス電流注入時の入出力特性、2・
・・バイアス電流が零のときの入力信号,2′・・・バ
イアス電流注入時の入力信号、4・・・周波変調コヒー
レント干渉系での光バイアスシフターへの入力信号、5
・・・出力信号、6・・・光中継器での光バイアスシフ
ターへの入力信号、7・・・出力信号、11・・・入力
信号の直流成分、12・・・出力信号の直流成分,13
・・・入力信号の信号成分、14・・・出力信号の信号
成分、31・・・信号電流源、32・・・半導体レーザ
光源、33・・・光バイアスシフター 34・・・光フ
ァイバ、35・・・受光器、36・・・電気信号増幅器
、37・・・無反射コーティング膜、38・・・光アイ
ソレータ、39・・・光カップラ、40・・・局部発振
レーザ光源,41・・・光増幅器,42・・・光フィル
ターb^仁 皐 事 1 )で 奉 区 奉 口 奉 口 rout
を表わした説明図,第2図,第3図は本発明の実施例の
光通信システムの基本構成を示す模式図、第4図はコヒ
ーレント光通信システムに実施した場合の入出力光の関
係を示す特性図、第5図は本発明を光中継器に実施した
場合の基本構成を示す模式図,第6図は本発明を光中継
器に実施した場合の入出力光の関係を示す特性図である
.1−1・・・バイアス電流が零のときの入出力光特性
,1−2・・・バイアス電流注入時の入出力特性、2・
・・バイアス電流が零のときの入力信号,2′・・・バ
イアス電流注入時の入力信号、4・・・周波変調コヒー
レント干渉系での光バイアスシフターへの入力信号、5
・・・出力信号、6・・・光中継器での光バイアスシフ
ターへの入力信号、7・・・出力信号、11・・・入力
信号の直流成分、12・・・出力信号の直流成分,13
・・・入力信号の信号成分、14・・・出力信号の信号
成分、31・・・信号電流源、32・・・半導体レーザ
光源、33・・・光バイアスシフター 34・・・光フ
ァイバ、35・・・受光器、36・・・電気信号増幅器
、37・・・無反射コーティング膜、38・・・光アイ
ソレータ、39・・・光カップラ、40・・・局部発振
レーザ光源,41・・・光増幅器,42・・・光フィル
ターb^仁 皐 事 1 )で 奉 区 奉 口 奉 口 rout
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、入射光量に対し吸収係数が減少する領域を有する可
飽和吸収体において、入射光として高い光量レベルと低
い光量レベルを有する信号光を入射するとき、低い光量
レベルに対し可飽和吸収体の吸収域が、高い光量レベル
に対し飽和域が対応するように可飽和吸収体の飽和点入
射光量を設定することを特徴とする光バイアスシフター
。 2、電流を注入し、入力光に対し飽和吸収点を調節でき
ることを特徴とする光バイアスシフター。 3、光路中に可飽和吸収体を挿入し、信号光の強度変調
分と直流成分の比率を高める光バイアスシフターを用い
た光学系。 4、光増幅器と可飽和吸収体を用いた光中継器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4982189A JPH02230221A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 光バイアスシフター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4982189A JPH02230221A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 光バイアスシフター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230221A true JPH02230221A (ja) | 1990-09-12 |
Family
ID=12841770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4982189A Pending JPH02230221A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 光バイアスシフター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02230221A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014178688A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Emcore Corp | 光変調器製造及び動作方法 |
-
1989
- 1989-03-03 JP JP4982189A patent/JPH02230221A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014178688A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Emcore Corp | 光変調器製造及び動作方法 |
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