JPH0317292B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0317292B2 JPH0317292B2 JP58181318A JP18131883A JPH0317292B2 JP H0317292 B2 JPH0317292 B2 JP H0317292B2 JP 58181318 A JP58181318 A JP 58181318A JP 18131883 A JP18131883 A JP 18131883A JP H0317292 B2 JPH0317292 B2 JP H0317292B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- spot size
- ffp
- radiation angle
- intensity distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
本発明は単一モードフアイバのスポツトサイズ
(或はモード界半径)の測定方法に関する。 従来、スポツトサイズの測定法は種々提案され
ている。その一つは、第1図aに示すように、光
源1から光学系2を介して光フアイバ3に測定光
を入射させ、該光フアイバ端における近端界強度
分布(Near Field Pattern:以下NFPと略す)
を直接光学系4および赤外ビジコンカメラ5を用
いて測定し(測定例を第1図bに示す)、或る定
義式例えば (i) NFPが最大値から1/e2に低下するまでの
半径方向距離w0(但し、eは自然対数の底) 或いは (ii) w0 2=2∫∞/0|R(r)|2r3dr/∫∞
/0|R(r)|2rdr………(1) で定義されるスポツトサイズw0を求めるもの
である(但し|R(r)|2はNFP、rはフアイ
バ中心からの半径)。なお、図中6はカメラ制
御部、7は計算機を示す。しかしながら、この
方法は赤外ビジコンカメラの光電変換特性の非
直線性やビジコン感度の不均一性によつて測定
誤差を生じ易く、また光学系5として像を拡大
するためのレンズ系が不可欠であるためレンズ
の収差による測定誤差も免れ得ず、精度良い測
定をなし得ない欠点がある。一方、遠方界強度
分布(Far Field Pattern:以下FFPと略す)
からスポツトサイズを求める方法として刊行物
「英国電気学会マイクロ波光波音波ジヤーナル」
(第1巻、13ページ、1976年)(IEE J.
Microwave Opt.Acoust.Vol.1、p13、1976年)
に示されたGamblingらによる方法が知られて
いる。しかしながら、この方法はNFPがガウ
ス分布と仮定した場合の簡便法であり、実際に
製造される単一モードフアイバのNFPはフア
イバ横断面内の屈折率分布によつて変化しガウ
ス分布からずれることが多いため大きな測定誤
差を生ずる危険がある。また、この方法は
NFPを直接求めるものではないので式(1)等で
示した定義式でスポツトサイズを求める場合に
は原理的には適用できないという欠点を有す
る。 本発明は上記従来の欠点を除去すべくなされた
もので、このため本発明は単一モードフアイバの
フアイバ端から放射された光波の遠方界強度分布
を、その最大値を示す放射角から25dB以上低下
する放射角までの範囲に亘つて測定し、該測定さ
れた遠方界強度分布|F(θ)|2から式 R(r)=∫〓max 0F(θ)J0(kr sinθ)
sin2θdθ ここでθmaxは放射角θの測定範囲、kは測定
に使用する光波の波数、J0は0次のベツセル関
数、 を用いて近端界強度分布|R(r)|2を計算し、
該近端界強度分布からスポツトサイズを求めるこ
とにより、光電変換特性の非直線性やビジコン感
度の不均一性等の種々の問題点をもつ赤外ビジコ
ンカメラや収差が問題となるレンズ系を用いるこ
となく高精度な測定を可能とし、しかもあらゆる
スポツトサイズの定義式にも適用可能としたこと
を特徴とする。 以下、本発明方法の具体例について説明する。 シングルモードフアイバのNFPとFFPの電界
分布の関係はキルヒホツフの回折理論を用いると
次式のように表わされる。 F(θ)α∫∝ 0R(r)J0(kr sinθ)rdr ………(2) 但し、ここでF(θ)、R(r)は各々FFP、
NFPの電界分布、k=2π/λ(λ:波長)、J0は
0次のベツセル関数、θは放射角を示す。これら
の関係を模図的に表わしたものが第2図である。
なお同図において8はフアイバ、9はコア、10
はフアイバの出射端面、11はFFPの観測面を
示す。 上記式(2)よりハンケル変換を用いて次式が導か
れる。 R(r)α∫∝ 0F(θ)J0(kr sinθ)sin2θdθ ………(3) すなわち、F(θ)を求めることによりR(r)
を求めることができる。従つて、FFPである|
F(θ)|2を測定することによりF(θ)が求ま
り、式(3)を用いることによりR(r)が求まり
NFPである|R(r)|2が計算によつて得られ、
このNFPから種々の定義によるスポツトサイズ、
特に式(1)で定義されるスポツトサイズw0を求め
ることができる。 但し、FFP(|F(θ)|2)の測定は測定系の受
信感度の関係から有限の放射角θの範囲でしか測
定することができない。従つて式(3)から明らかな
ようにR(r)つまりはNFP(|R(r)|2)は完
全に逆算することができない。そこで、本発明で
は有限の放射角θの範囲(0≦θ≦θmax)で測
定したFFPからNFPを逆算し、スポツトサイズ
w0を求めたときの測定誤差について検討を行い、
該スポツトサイズの測定誤差が許容範囲内に収ま
るようにFFPの測定範囲を定める。これを第3
図乃至第4図について説明するに、第3図には比
屈折率差Δ=0.3%、コア径2a=9.0μmのシング
ルモードフアイバに波長λ=1.30μmの測定光を
適用した場合のFFPの計算値をす。該計算は次
のスカラー波動方程式 d2R(r)/dr2+1/r dR(r)/dr+〔
k2n2(r)−β2〕R(r)=0………(4) よりR(r)を求め、さらに前記式(2)を用いてF
(θ)を求めることによりFFP(|F(θ)|2)を
得ることができる。 この第3図からFFP測定範囲0≦θ≦θmaxの
中θmaxを種々変化させた場合のスポツトサイズ
w0を逆算する。すなわち、まず第3図から成る
値のθに対応する|F(θ)|2を求め、これから
F(θ)を求め、さらに前記式(3)によりR(r)を
求め、これから|R(r)|2を求め、この|R
(r)|2を定義式(1)に代入してw0を求める。この
手順を種々のθmax値に対して行う。 一方、スポツトサイズの厳密な値w0′は前記ス
カラー波動方程式(4)よりR(r)を求め、これか
ら|R(r)|2を求め、この|R(r)|2を定義式
(1)に代入することによつて得られる。 第4図bは、上記θmaxを種々変化させた場合
のw0を厳密値w0′と比較してこれをスポツトサイ
ズ計算誤差(%)として示したものである。ま
た、第4図aはθmaxを変化させた場合のFFPの
相対強度の最小値をスポツトサイズ計算誤差と対
応して示したものである。 しかしてスポツトサイズの測定誤差としては通
常約±2%以内であることが必要であり、従つて
FFPからスポツトサイズを逆算するときに発生
する計算誤差は約±2%以内にする必要がある。
第4図aよりFFPの最大値を示す放射角から
25dB以上低下する放射角までの範囲に亘つて
FFPを測定することにより、スポツトサイズの
計算誤差を±2%以内に抑えることが判る。 第5図に本発明方法による測定系の構成例を示
す。図において、12は光源、13は光学系、1
4は被測定フアイバ、15はGe−APD、16は
信号増幅部、17は計算機をそれぞれ示す。光源
12としては測定系のダイナミツクレンジを上げ
るために、可能な限り高出力で且つ安定な出力を
もつ光源を使用することが好ましく、この点から
レーザ光源が好ましい。光源として半導体レーザ
を使用した構成例では36dBのダイナミツクレン
ジを得ることができた。計算機17では、上述し
たように、FFPの最大値を示す放射角から25dB
以上低下する放射角までの範囲に亘るFFP(|F
(θ)|2)よりF(θ)を求め、式(3)によりR(r)
を求めさらにNFPである|R(r)|2を求め、さ
らに例えば式(1)のごとき定義式を用いてスポツト
サイズw0を計算する。 次に、本発明の測定例について述べる。第1表
は、第1図aに示した従来法による測定結果と第
5図に示した本発明の構成例による測定結果とを
比較して示すものである。該測定では2本のシン
グルモードフアイバのスポツトサイズを各測定法
によりそれぞれ10回測定し、その平均値と標準偏
差σとを求めた。第1表より明らかなごとく、本
発明方法によれば従来法に比べ標準偏差σを約1/
3〜1/4に小さくでき、測定誤差を大巾に減少でき
ることが明白である。
(或はモード界半径)の測定方法に関する。 従来、スポツトサイズの測定法は種々提案され
ている。その一つは、第1図aに示すように、光
源1から光学系2を介して光フアイバ3に測定光
を入射させ、該光フアイバ端における近端界強度
分布(Near Field Pattern:以下NFPと略す)
を直接光学系4および赤外ビジコンカメラ5を用
いて測定し(測定例を第1図bに示す)、或る定
義式例えば (i) NFPが最大値から1/e2に低下するまでの
半径方向距離w0(但し、eは自然対数の底) 或いは (ii) w0 2=2∫∞/0|R(r)|2r3dr/∫∞
/0|R(r)|2rdr………(1) で定義されるスポツトサイズw0を求めるもの
である(但し|R(r)|2はNFP、rはフアイ
バ中心からの半径)。なお、図中6はカメラ制
御部、7は計算機を示す。しかしながら、この
方法は赤外ビジコンカメラの光電変換特性の非
直線性やビジコン感度の不均一性によつて測定
誤差を生じ易く、また光学系5として像を拡大
するためのレンズ系が不可欠であるためレンズ
の収差による測定誤差も免れ得ず、精度良い測
定をなし得ない欠点がある。一方、遠方界強度
分布(Far Field Pattern:以下FFPと略す)
からスポツトサイズを求める方法として刊行物
「英国電気学会マイクロ波光波音波ジヤーナル」
(第1巻、13ページ、1976年)(IEE J.
Microwave Opt.Acoust.Vol.1、p13、1976年)
に示されたGamblingらによる方法が知られて
いる。しかしながら、この方法はNFPがガウ
ス分布と仮定した場合の簡便法であり、実際に
製造される単一モードフアイバのNFPはフア
イバ横断面内の屈折率分布によつて変化しガウ
ス分布からずれることが多いため大きな測定誤
差を生ずる危険がある。また、この方法は
NFPを直接求めるものではないので式(1)等で
示した定義式でスポツトサイズを求める場合に
は原理的には適用できないという欠点を有す
る。 本発明は上記従来の欠点を除去すべくなされた
もので、このため本発明は単一モードフアイバの
フアイバ端から放射された光波の遠方界強度分布
を、その最大値を示す放射角から25dB以上低下
する放射角までの範囲に亘つて測定し、該測定さ
れた遠方界強度分布|F(θ)|2から式 R(r)=∫〓max 0F(θ)J0(kr sinθ)
sin2θdθ ここでθmaxは放射角θの測定範囲、kは測定
に使用する光波の波数、J0は0次のベツセル関
数、 を用いて近端界強度分布|R(r)|2を計算し、
該近端界強度分布からスポツトサイズを求めるこ
とにより、光電変換特性の非直線性やビジコン感
度の不均一性等の種々の問題点をもつ赤外ビジコ
ンカメラや収差が問題となるレンズ系を用いるこ
となく高精度な測定を可能とし、しかもあらゆる
スポツトサイズの定義式にも適用可能としたこと
を特徴とする。 以下、本発明方法の具体例について説明する。 シングルモードフアイバのNFPとFFPの電界
分布の関係はキルヒホツフの回折理論を用いると
次式のように表わされる。 F(θ)α∫∝ 0R(r)J0(kr sinθ)rdr ………(2) 但し、ここでF(θ)、R(r)は各々FFP、
NFPの電界分布、k=2π/λ(λ:波長)、J0は
0次のベツセル関数、θは放射角を示す。これら
の関係を模図的に表わしたものが第2図である。
なお同図において8はフアイバ、9はコア、10
はフアイバの出射端面、11はFFPの観測面を
示す。 上記式(2)よりハンケル変換を用いて次式が導か
れる。 R(r)α∫∝ 0F(θ)J0(kr sinθ)sin2θdθ ………(3) すなわち、F(θ)を求めることによりR(r)
を求めることができる。従つて、FFPである|
F(θ)|2を測定することによりF(θ)が求ま
り、式(3)を用いることによりR(r)が求まり
NFPである|R(r)|2が計算によつて得られ、
このNFPから種々の定義によるスポツトサイズ、
特に式(1)で定義されるスポツトサイズw0を求め
ることができる。 但し、FFP(|F(θ)|2)の測定は測定系の受
信感度の関係から有限の放射角θの範囲でしか測
定することができない。従つて式(3)から明らかな
ようにR(r)つまりはNFP(|R(r)|2)は完
全に逆算することができない。そこで、本発明で
は有限の放射角θの範囲(0≦θ≦θmax)で測
定したFFPからNFPを逆算し、スポツトサイズ
w0を求めたときの測定誤差について検討を行い、
該スポツトサイズの測定誤差が許容範囲内に収ま
るようにFFPの測定範囲を定める。これを第3
図乃至第4図について説明するに、第3図には比
屈折率差Δ=0.3%、コア径2a=9.0μmのシング
ルモードフアイバに波長λ=1.30μmの測定光を
適用した場合のFFPの計算値をす。該計算は次
のスカラー波動方程式 d2R(r)/dr2+1/r dR(r)/dr+〔
k2n2(r)−β2〕R(r)=0………(4) よりR(r)を求め、さらに前記式(2)を用いてF
(θ)を求めることによりFFP(|F(θ)|2)を
得ることができる。 この第3図からFFP測定範囲0≦θ≦θmaxの
中θmaxを種々変化させた場合のスポツトサイズ
w0を逆算する。すなわち、まず第3図から成る
値のθに対応する|F(θ)|2を求め、これから
F(θ)を求め、さらに前記式(3)によりR(r)を
求め、これから|R(r)|2を求め、この|R
(r)|2を定義式(1)に代入してw0を求める。この
手順を種々のθmax値に対して行う。 一方、スポツトサイズの厳密な値w0′は前記ス
カラー波動方程式(4)よりR(r)を求め、これか
ら|R(r)|2を求め、この|R(r)|2を定義式
(1)に代入することによつて得られる。 第4図bは、上記θmaxを種々変化させた場合
のw0を厳密値w0′と比較してこれをスポツトサイ
ズ計算誤差(%)として示したものである。ま
た、第4図aはθmaxを変化させた場合のFFPの
相対強度の最小値をスポツトサイズ計算誤差と対
応して示したものである。 しかしてスポツトサイズの測定誤差としては通
常約±2%以内であることが必要であり、従つて
FFPからスポツトサイズを逆算するときに発生
する計算誤差は約±2%以内にする必要がある。
第4図aよりFFPの最大値を示す放射角から
25dB以上低下する放射角までの範囲に亘つて
FFPを測定することにより、スポツトサイズの
計算誤差を±2%以内に抑えることが判る。 第5図に本発明方法による測定系の構成例を示
す。図において、12は光源、13は光学系、1
4は被測定フアイバ、15はGe−APD、16は
信号増幅部、17は計算機をそれぞれ示す。光源
12としては測定系のダイナミツクレンジを上げ
るために、可能な限り高出力で且つ安定な出力を
もつ光源を使用することが好ましく、この点から
レーザ光源が好ましい。光源として半導体レーザ
を使用した構成例では36dBのダイナミツクレン
ジを得ることができた。計算機17では、上述し
たように、FFPの最大値を示す放射角から25dB
以上低下する放射角までの範囲に亘るFFP(|F
(θ)|2)よりF(θ)を求め、式(3)によりR(r)
を求めさらにNFPである|R(r)|2を求め、さ
らに例えば式(1)のごとき定義式を用いてスポツト
サイズw0を計算する。 次に、本発明の測定例について述べる。第1表
は、第1図aに示した従来法による測定結果と第
5図に示した本発明の構成例による測定結果とを
比較して示すものである。該測定では2本のシン
グルモードフアイバのスポツトサイズを各測定法
によりそれぞれ10回測定し、その平均値と標準偏
差σとを求めた。第1表より明らかなごとく、本
発明方法によれば従来法に比べ標準偏差σを約1/
3〜1/4に小さくでき、測定誤差を大巾に減少でき
ることが明白である。
【表】
以上のように、本発明によれば光電変換特性の
非直線性やビジコン感度の不均一性等の問題を有
する赤外ビジコンカメラや収差が問題となるレン
ズ系を必要としないので高精度な測定が可能とな
り、かつNFPを計算によつて求めるのでいかな
るスポツトサイズの定義式にも適用できるという
利点が得られる。
非直線性やビジコン感度の不均一性等の問題を有
する赤外ビジコンカメラや収差が問題となるレン
ズ系を必要としないので高精度な測定が可能とな
り、かつNFPを計算によつて求めるのでいかな
るスポツトサイズの定義式にも適用できるという
利点が得られる。
第1図aは従来のNFP測定法の構成例を示す
図、第1図bは該測定法による測定例を示す図、
第2図はNFPとFFPの関係を模図的に示す図、
第3図はステツプ形シングルモードフアイバの
FFPの計算例を示すグラフ、第4図はFFP測定
時の最大放射角を変えたときのスポツトサイズの
計算誤差とFFP相対パワー最小値との関係を示
すグラフで、第4図aは最大放射角を変えたとき
のFFP最小パワー値を示すグラフ、第4図bは
同最大放射角を変えたときのスポツトサイズ計算
誤差を示すグラフ、第5図は本発明方法の測定系
の構成例を示す図である。
図、第1図bは該測定法による測定例を示す図、
第2図はNFPとFFPの関係を模図的に示す図、
第3図はステツプ形シングルモードフアイバの
FFPの計算例を示すグラフ、第4図はFFP測定
時の最大放射角を変えたときのスポツトサイズの
計算誤差とFFP相対パワー最小値との関係を示
すグラフで、第4図aは最大放射角を変えたとき
のFFP最小パワー値を示すグラフ、第4図bは
同最大放射角を変えたときのスポツトサイズ計算
誤差を示すグラフ、第5図は本発明方法の測定系
の構成例を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 単一モードフアイバのフアイバ端から放射さ
れた光波の遠方界強度分布を、その最大値を示す
放射角から25dB以上低下する放射角までの範囲
に亘つて測定し、該測定された遠方界強度分布|
F(θ)|2から式 R(r)=∫〓max 0F(θ)J0(kr sin θ
)sin2θdθ ここでθmaxは放射角θの測定範囲、kは測定
に使用する光波の波数、J0は0次のベツセル関
数、 を用いて近端界強度分布|R(r)|2を計算し、
該近端界強度分布からスポツトサイズを求める単
一モードフアイバのスポツトサイズ測定方法。 2 測定用光源として半導体レーザを使用するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項の測定方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58181318A JPS6071934A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 単一モ−ドフアイバのスポツトサイズ測定方法 |
| KR1019840005865A KR890001930B1 (ko) | 1983-09-29 | 1984-09-25 | 단일 모우드 파이버의 스폿 사이즈 측정방법 |
| EP84111473A EP0141251B1 (en) | 1983-09-29 | 1984-09-26 | Method of measuring a spot size of a single-mode fiber |
| DE8484111473T DE3466283D1 (en) | 1983-09-29 | 1984-09-26 | Method of measuring a spot size of a single-mode fiber |
| AU33638/84A AU3363884A (en) | 1983-09-29 | 1984-09-28 | Method of measuring a sport size of a single-mode fiber |
| CA000464304A CA1213056A (en) | 1983-09-29 | 1984-09-28 | Method of measuring a spot size of a single-mode fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58181318A JPS6071934A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 単一モ−ドフアイバのスポツトサイズ測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071934A JPS6071934A (ja) | 1985-04-23 |
| JPH0317292B2 true JPH0317292B2 (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=16098580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58181318A Granted JPS6071934A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 単一モ−ドフアイバのスポツトサイズ測定方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0141251B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6071934A (ja) |
| KR (1) | KR890001930B1 (ja) |
| AU (1) | AU3363884A (ja) |
| CA (1) | CA1213056A (ja) |
| DE (1) | DE3466283D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1245072A (en) * | 1985-11-05 | 1988-11-22 | Richard S. Lowe | Method and apparatus for measuring single mode fiber mode field radius |
| US5663798A (en) * | 1995-05-08 | 1997-09-02 | Dr. Khaled Karrai Und Dr. Miles Haines Gesellschaft Burgerlichen Rechts | Far-field characterization of sub-wavelength sized apertures |
| KR100434542B1 (ko) * | 2001-09-18 | 2004-06-05 | 삼성전자주식회사 | 근접장용 광 프로브 개구 측정장치 및 방법 |
| RU2216004C1 (ru) * | 2002-05-24 | 2003-11-10 | Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики | Способ определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна |
| JP5966672B2 (ja) * | 2012-06-27 | 2016-08-10 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ測定方法 |
| JP6705356B2 (ja) * | 2016-10-12 | 2020-06-03 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5478156A (en) * | 1977-12-05 | 1979-06-22 | Hitachi Ltd | Detector of break point of optical fibers |
| DE2842316A1 (de) * | 1978-09-28 | 1980-04-17 | Siemens Ag | Bestimmung des brechzahlprofils und/oder der numerischen apertur von lichtwellenleitern |
| FR2514493A1 (fr) * | 1981-10-12 | 1983-04-15 | Alard F | Procede et dispositif de mesure du diametre effectif du mode guide dans une fibre optique monomode |
-
1983
- 1983-09-29 JP JP58181318A patent/JPS6071934A/ja active Granted
-
1984
- 1984-09-25 KR KR1019840005865A patent/KR890001930B1/ko not_active Expired
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