JPH0440874B2 - - Google Patents
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- JPH0440874B2 JPH0440874B2 JP61238236A JP23823686A JPH0440874B2 JP H0440874 B2 JPH0440874 B2 JP H0440874B2 JP 61238236 A JP61238236 A JP 61238236A JP 23823686 A JP23823686 A JP 23823686A JP H0440874 B2 JPH0440874 B2 JP H0440874B2
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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
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は半導体レーザアレイ装置に関し、特
に、位相同期型半導体レーザアレイ装置の構造に
関する。
に、位相同期型半導体レーザアレイ装置の構造に
関する。
[従来の技術]
半導体レーザを高出力動作させる場合、実用性
を考慮すると、単体の半導体レーザ素子では、現
在のところ、最大出力は50mW程度が限界であ
る。そこで、複数個の半導体レーザを同一基板上
に並べることにより、高出力化を図る半導体レー
ザアレイ装置の研究が進められている。
を考慮すると、単体の半導体レーザ素子では、現
在のところ、最大出力は50mW程度が限界であ
る。そこで、複数個の半導体レーザを同一基板上
に並べることにより、高出力化を図る半導体レー
ザアレイ装置の研究が進められている。
[発明が解決しようとする問題点]
第6図は従来の半導体レーザアレイ装置の光強
度および屈折率分布を示す図である。
度および屈折率分布を示す図である。
複数の屈折率導波型半導体レーザをY分岐導波
路等によつて互いに滑かに結合した通常のアレイ
においては、それぞれの導波路が0度位相で同期
する発振モードを選択することができる。しかし
ながら、共振器面上での光強度分布は、第1図a
に示すごとく、中央部の導波路で光出力が大き
く、周辺部の導波路になるに従つて光出力が小さ
くなつてしまう。
路等によつて互いに滑かに結合した通常のアレイ
においては、それぞれの導波路が0度位相で同期
する発振モードを選択することができる。しかし
ながら、共振器面上での光強度分布は、第1図a
に示すごとく、中央部の導波路で光出力が大き
く、周辺部の導波路になるに従つて光出力が小さ
くなつてしまう。
その結果、半導体アレイの実用上の最大出力は
光強度が最大になる中央部の導波路の出力によつ
て制限される。このため、N個の導波路の半導体
アレイを作成しても、単一導波路のN倍にはなら
ず、非常に効率が悪くなつてしまう。このため、
高出力を得るためには、多くの導波路を結合する
必要があり、駆動電流の増加による発熱を生じる
とともに、寿命が短くなるなどの問題点があつ
た。
光強度が最大になる中央部の導波路の出力によつ
て制限される。このため、N個の導波路の半導体
アレイを作成しても、単一導波路のN倍にはなら
ず、非常に効率が悪くなつてしまう。このため、
高出力を得るためには、多くの導波路を結合する
必要があり、駆動電流の増加による発熱を生じる
とともに、寿命が短くなるなどの問題点があつ
た。
それゆえに、この発明の主たる目的は、それぞ
れが滑かに結合された複数個の屈折率導波型半導
体レーザが0度位相同期で発振した場合、出射端
面上で、それぞれの屈折率導波路の光強度がほぼ
均一に分配されるような半導体レーザアレイ装置
を提供することである。
れが滑かに結合された複数個の屈折率導波型半導
体レーザが0度位相同期で発振した場合、出射端
面上で、それぞれの屈折率導波路の光強度がほぼ
均一に分配されるような半導体レーザアレイ装置
を提供することである。
[問題点を解決するための手段]
この発明は、それぞれが半周期だけずれて互い
に対向して配置された複数の平行な屈折率導波路
をそれぞれ滑かに結合した導波路構造を有する半
導体レーザアレイ装置であつて、結合部における
屈折率導波路の幅の分割比を非対称となるように
構成したものである。
に対向して配置された複数の平行な屈折率導波路
をそれぞれ滑かに結合した導波路構造を有する半
導体レーザアレイ装置であつて、結合部における
屈折率導波路の幅の分割比を非対称となるように
構成したものである。
[作用]
この発明にかかる半導体レーザアレイ装置は、
それぞれが滑かに結合された複数の屈折率導波路
を有し、結合部の屈折率導波路の幅の分割比を変
えて、中央部の導波路に集中する光出力を周辺部
の導波路に分散することによつて、各導波路が均
一な光強度で位相同期する0度位相モード発振を
得ることができる。
それぞれが滑かに結合された複数の屈折率導波路
を有し、結合部の屈折率導波路の幅の分割比を変
えて、中央部の導波路に集中する光出力を周辺部
の導波路に分散することによつて、各導波路が均
一な光強度で位相同期する0度位相モード発振を
得ることができる。
[発明の実施例]
第1図はこの発明の一実施例を示す図であり、
特に、第1図aは導波路の上面構造を示し、第1
図bは導波路の屈折率分布を示し、第1図cは共
振器面上での光強度分布を示し、第2図はこの発
明の一実施例の断面図であり、第3図はこの発明
の一実施例における導波路の結合部での光分配方
法の原理を説明するための模式図である。
特に、第1図aは導波路の上面構造を示し、第1
図bは導波路の屈折率分布を示し、第1図cは共
振器面上での光強度分布を示し、第2図はこの発
明の一実施例の断面図であり、第3図はこの発明
の一実施例における導波路の結合部での光分配方
法の原理を説明するための模式図である。
まず、第2図を参照して、この発明をGaAs−
GaAlAs系半導体レーザアレイ装置に適用した場
合について説明する。P−GaAs基板1上にLPE
(液層エピタキシヤル成長)法などの結晶成長法
により、逆極性となるn−GaAs電流阻止層2を
成長させる。次に、フオトリソグラフイとエツチ
ング技術を用いて、V字型溝3を電流阻止層2表
面から基板1内へ達する深さまで形成する。V字
型溝3を形成することにより、基板1上から電流
阻止層2の除去された部分が電流の通路となる。
このV字型溝3の上面形状は、第1図aに示すよ
うに、互いに隣接した平行溝の領域3a,3b
と、それらの間にあつて互いに向かい合つた導波
路を結合する領域3cとから形成されている。
GaAlAs系半導体レーザアレイ装置に適用した場
合について説明する。P−GaAs基板1上にLPE
(液層エピタキシヤル成長)法などの結晶成長法
により、逆極性となるn−GaAs電流阻止層2を
成長させる。次に、フオトリソグラフイとエツチ
ング技術を用いて、V字型溝3を電流阻止層2表
面から基板1内へ達する深さまで形成する。V字
型溝3を形成することにより、基板1上から電流
阻止層2の除去された部分が電流の通路となる。
このV字型溝3の上面形状は、第1図aに示すよ
うに、互いに隣接した平行溝の領域3a,3b
と、それらの間にあつて互いに向かい合つた導波
路を結合する領域3cとから形成されている。
再度、LPE法を用いて溝付の基板1上にp−
AlxGa1-xAsクラツド層4、pまたはn−Aly
Ga1-yAs活性層5およびn−AlxGa1-xAsクラツ
ド層6を順次成長させ、ダブルヘテロ接合を有す
る活性層5を形成する。但し、上述のクラツド層
4,6においてx>yである。
AlxGa1-xAsクラツド層4、pまたはn−Aly
Ga1-yAs活性層5およびn−AlxGa1-xAsクラツ
ド層6を順次成長させ、ダブルヘテロ接合を有す
る活性層5を形成する。但し、上述のクラツド層
4,6においてx>yである。
さらに、この上にn+−GaAsキヤツプ層7を連
続的に成長させて、レーザ動作用の多層結晶構造
を構成し、基板1側にP型抵抗性電極8を形成す
るとともに、成長層側すなわちキヤツプ層7上
に、n型抵抗性電極9を形成した後、共振器長が
200〜300μmとなるように、溝3と直角に壁開す
る。
続的に成長させて、レーザ動作用の多層結晶構造
を構成し、基板1側にP型抵抗性電極8を形成す
るとともに、成長層側すなわちキヤツプ層7上
に、n型抵抗性電極9を形成した後、共振器長が
200〜300μmとなるように、溝3と直角に壁開す
る。
次に、両壁開面にAl2O3膜あるいはアモルフア
スSi膜を電子ビーム蒸着法により被覆してレーザ
面ミラーを形成する。このとき、単層のAl2O3膜
あるいは多層Al2O3とアモルフアスSi膜で構成さ
れる反射膜における各層の厚さを適当に変えるこ
とによつて、反射膜の反射率を約2%〜95%まで
任意に設定することができる。
スSi膜を電子ビーム蒸着法により被覆してレーザ
面ミラーを形成する。このとき、単層のAl2O3膜
あるいは多層Al2O3とアモルフアスSi膜で構成さ
れる反射膜における各層の厚さを適当に変えるこ
とによつて、反射膜の反射率を約2%〜95%まで
任意に設定することができる。
高出力光を得るために、レーザ光の出射側の壁
開面には、λ/4(λ:発振波長)厚のAl2O3膜
を形成し、裏面の壁開面にはAl2O3膜とSi膜の多
層膜を電子ビーム蒸着法で形成し、それぞれの反
射率が約2%、約95%のレーザ面ミラーを形成す
る。
開面には、λ/4(λ:発振波長)厚のAl2O3膜
を形成し、裏面の壁開面にはAl2O3膜とSi膜の多
層膜を電子ビーム蒸着法で形成し、それぞれの反
射率が約2%、約95%のレーザ面ミラーを形成す
る。
上述のごとく、第1図に示すような非対称な結
合あるいは分岐部を持つ導波路を用いることによ
つて、中央部の導波路に集中する光出力を周辺部
の導波路に分散させることができ、光強度は第1
図cに示すような特性にすることができる。
合あるいは分岐部を持つ導波路を用いることによ
つて、中央部の導波路に集中する光出力を周辺部
の導波路に分散させることができ、光強度は第1
図cに示すような特性にすることができる。
次に、第3図を参照して、この発明の原理につ
いて説明する。中央部の導波路をa0とし、それに
隣接する導波路を中央から遠ざかる方向に順次
a1,a2,a3とする。一方、向かい側の中央に1番
近い導波路をb1とし、順次b2,b3,b4とする。そ
して、各導波路の結合部の導波路幅を、中央側を
w1とし、その反対側をw2とし、w1<w2に設定す
る。この発明の一実施例では、w2/w12程度
となるように設定した。
いて説明する。中央部の導波路をa0とし、それに
隣接する導波路を中央から遠ざかる方向に順次
a1,a2,a3とする。一方、向かい側の中央に1番
近い導波路をb1とし、順次b2,b3,b4とする。そ
して、各導波路の結合部の導波路幅を、中央側を
w1とし、その反対側をw2とし、w1<w2に設定す
る。この発明の一実施例では、w2/w12程度
となるように設定した。
一方、中央部の導波路a0の結合部の導波路幅
w0は対称となるようにした。レーザ光は2つの
共振器面10,11を繰返し反射往復することに
よつて増幅されていくが、今中央部の導波路a0か
ら出射したレーザ光を考えてみる。
w0は対称となるようにした。レーザ光は2つの
共振器面10,11を繰返し反射往復することに
よつて増幅されていくが、今中央部の導波路a0か
ら出射したレーザ光を考えてみる。
まず、導波路a0の結合部では、導波路w0に結
合しているため、第3図に示すように、光の電界
強度は1:1で左右に分配される。導波路a0から
導波路b1に入射した光は共振器面11で反射し、
結合部に再入射する。このとき、周辺部側の導波
路幅w2が中央部側の導波路幅w1に比べて広いた
め、光の電界強度は第3図に示すように、中央部
側とは反対の導波路に多く分配される。この現象
は導波路a1,b2,a2の結合部で順次生じる。
合しているため、第3図に示すように、光の電界
強度は1:1で左右に分配される。導波路a0から
導波路b1に入射した光は共振器面11で反射し、
結合部に再入射する。このとき、周辺部側の導波
路幅w2が中央部側の導波路幅w1に比べて広いた
め、光の電界強度は第3図に示すように、中央部
側とは反対の導波路に多く分配される。この現象
は導波路a1,b2,a2の結合部で順次生じる。
その結果、各導波路で発生したレーザ光は周辺
部の導波路へ順次導波することになる。このた
め、結合部での導波路幅が等しい(w1=w2)半
導体レーザアレイ装置では、前述の第6図に示し
たような端面での光強度分布を示したが、この発
明による半導体レーザアレイ装置の光強度分布
は、第1図cに示すような、各導波路が均一な光
強度分布を持つことになる。したがつて、従来の
半導体レーザアレイ装置の欠点であつた光強度の
中央部近傍での導波路への集中がないため、各導
波路を有効に利用でき、少ない導波路で多くの光
出力を得ることができる。
部の導波路へ順次導波することになる。このた
め、結合部での導波路幅が等しい(w1=w2)半
導体レーザアレイ装置では、前述の第6図に示し
たような端面での光強度分布を示したが、この発
明による半導体レーザアレイ装置の光強度分布
は、第1図cに示すような、各導波路が均一な光
強度分布を持つことになる。したがつて、従来の
半導体レーザアレイ装置の欠点であつた光強度の
中央部近傍での導波路への集中がないため、各導
波路を有効に利用でき、少ない導波路で多くの光
出力を得ることができる。
なお、中央部の結合部以外のすべて結合部の分
割比を非対称にする必要はなく、周辺部の結合部
の分割比を非対称にするだけでも、この発明によ
る効果を十分得ることができる。さらに、第1図
aに示した導波路構造では、中央部以外の結合部
の導波路の分割比をw1:w2=1:2のように一
定にしたが、この分割比は必ずしも一定である必
要はなく、中央部の導波路から周辺部の導波路に
向かつて順次分割比を変化させるようにしてもよ
い。それによつて、端面上での各導波路の光強度
の分布を任意に変えることができる。
割比を非対称にする必要はなく、周辺部の結合部
の分割比を非対称にするだけでも、この発明によ
る効果を十分得ることができる。さらに、第1図
aに示した導波路構造では、中央部以外の結合部
の導波路の分割比をw1:w2=1:2のように一
定にしたが、この分割比は必ずしも一定である必
要はなく、中央部の導波路から周辺部の導波路に
向かつて順次分割比を変化させるようにしてもよ
い。それによつて、端面上での各導波路の光強度
の分布を任意に変えることができる。
なお、導波路間のエバネツセント波による光の
結合の有無はこの発明の原理には直接関係しない
ため、種々の導波路に適用できる。
結合の有無はこの発明の原理には直接関係しない
ため、種々の導波路に適用できる。
第4図および第5図は他の屈折率導波路構造を
示す図であり、特に、第4図はリツジガイド構造
を示し、第5図は損失屈折率導波路を用いた半導
体レーザアレイ装置の断面図である。
示す図であり、特に、第4図はリツジガイド構造
を示し、第5図は損失屈折率導波路を用いた半導
体レーザアレイ装置の断面図である。
第4図に示したリツジガイド構造の半導体レー
ザアレイ装置は、n−GaAs基板21上にn−
GaAlAsクラツド層22、活性層23、p−
GaAlAsクラツド層24、電流狭窄用絶縁膜3
0、p−GaAsキヤツプ層27およびp型抵抗性
電極28を形成するとともに、基板21側にn型
抵抗性電極29を形成したものである。
ザアレイ装置は、n−GaAs基板21上にn−
GaAlAsクラツド層22、活性層23、p−
GaAlAsクラツド層24、電流狭窄用絶縁膜3
0、p−GaAsキヤツプ層27およびp型抵抗性
電極28を形成するとともに、基板21側にn型
抵抗性電極29を形成したものである。
また、第5図に示した損失屈折率型導波路の半
導体レーザアレイ装置は、n−GaAs基板21上
に、n−GaAlAsクラツド層22、活性層23、
p−GaAlAsクラツド層24、n−GaAs光吸収
層25、p−GaAlAsクラツド層26、p−
GaAsキヤツプ層27およびp型抵抗性電極28
を形成するとともに、基板21側にn型抵抗性電
極29を形成して構成したものである。
導体レーザアレイ装置は、n−GaAs基板21上
に、n−GaAlAsクラツド層22、活性層23、
p−GaAlAsクラツド層24、n−GaAs光吸収
層25、p−GaAlAsクラツド層26、p−
GaAsキヤツプ層27およびp型抵抗性電極28
を形成するとともに、基板21側にn型抵抗性電
極29を形成して構成したものである。
さらに、この発明は上述の半導体レーザアレイ
装置に限ることなく、埋込構造などの屈折率導波
路などに適用できることは言うまでもない。
装置に限ることなく、埋込構造などの屈折率導波
路などに適用できることは言うまでもない。
さらに、この発明はGaAs−GaAlAs系に限ら
ず、Inp−InGaAsp系やその他の材料を用いた半
導体レーザアレイ装置にも適用することができ
る。
ず、Inp−InGaAsp系やその他の材料を用いた半
導体レーザアレイ装置にも適用することができ
る。
[発明の効果]
以上のように、この発明によれば、互いに向か
い合つた複数の平行な屈折率導波路を分岐導波路
などによつて滑かに結合した導波路構造を持つ半
導体レーザアレイ装置において、結合部における
屈折率導波路の幅の分割比を非対称にすることに
より、中央近傍の導波路への光強度の集中を解消
でき、ほぼ均一に光強度を各導波路に分散できる
ため、高出力まで破壊することなく低駆動電流で
動作し、安定な半導体レーザアレイ装置を得るこ
とができる。
い合つた複数の平行な屈折率導波路を分岐導波路
などによつて滑かに結合した導波路構造を持つ半
導体レーザアレイ装置において、結合部における
屈折率導波路の幅の分割比を非対称にすることに
より、中央近傍の導波路への光強度の集中を解消
でき、ほぼ均一に光強度を各導波路に分散できる
ため、高出力まで破壊することなく低駆動電流で
動作し、安定な半導体レーザアレイ装置を得るこ
とができる。
第1図はこの発明の一実施例を示す図である。
第2図はこの発明の一実施例の断面構造を示す図
である。第3図はこの発明の導波路の光分配方法
の原理を説明するための図である。第4図および
第5図は他の屈折率導波路構造を示す図であり、
特に、第4図はリツジガイド構造を示し、第5図
は損失屈折率導波路を用いた半導体レーザアレイ
装置の断面図である。第6図は従来の半導体レー
ザアレイ装置の共振器面上での屈折率分布と光強
度分布を示す図である。 図において、1はp−GaAs基板、2はn−
GaAsまたはn−GaAlAs電流狭窄部層、3はV
字型溝、4はp−GaAlAsクラツド層、5は活性
層、6はn−GaAlAsクラツド層、7はn−
GaAsキヤツプ層、8はp型抵抗性電極、9はn
型抵抗性電極、10,11は共振器面、21はn
−GaAs基板、22はn−GaAlAsクラツド層、
23は活性層、24はp−GaAlAsクラツド層、
25はn−GaAs光吸収層、26はp−GaAlAs
クラツド層、27はp−GaAsキヤツプ層、28
はp型抵抗性電極、29はn型抵抗性電極、30
は電流狭窄用絶縁膜を示す。
第2図はこの発明の一実施例の断面構造を示す図
である。第3図はこの発明の導波路の光分配方法
の原理を説明するための図である。第4図および
第5図は他の屈折率導波路構造を示す図であり、
特に、第4図はリツジガイド構造を示し、第5図
は損失屈折率導波路を用いた半導体レーザアレイ
装置の断面図である。第6図は従来の半導体レー
ザアレイ装置の共振器面上での屈折率分布と光強
度分布を示す図である。 図において、1はp−GaAs基板、2はn−
GaAsまたはn−GaAlAs電流狭窄部層、3はV
字型溝、4はp−GaAlAsクラツド層、5は活性
層、6はn−GaAlAsクラツド層、7はn−
GaAsキヤツプ層、8はp型抵抗性電極、9はn
型抵抗性電極、10,11は共振器面、21はn
−GaAs基板、22はn−GaAlAsクラツド層、
23は活性層、24はp−GaAlAsクラツド層、
25はn−GaAs光吸収層、26はp−GaAlAs
クラツド層、27はp−GaAsキヤツプ層、28
はp型抵抗性電極、29はn型抵抗性電極、30
は電流狭窄用絶縁膜を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 それぞれが半周期だけずれて互いに対向して
配置された複数の平行な屈折率導波路をそれぞれ
滑かに結合した導波路構造を有する半導体レーザ
アレイ装置において、 結合部における屈折率導波路の幅の分割比を非
対称にしたことを特徴とする、半導体レーザアレ
イ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61238236A JPS6392079A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| GB878723440A GB8723440D0 (en) | 1986-10-07 | 1987-10-06 | Semiconductor laser array |
| US07/105,255 US4847847A (en) | 1986-10-07 | 1987-10-07 | Semiconductor laser array |
| GB8807540A GB2201838B (en) | 1986-10-07 | 1988-03-30 | Semiconductor laser array device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61238236A JPS6392079A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6392079A JPS6392079A (ja) | 1988-04-22 |
| JPH0440874B2 true JPH0440874B2 (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=17027165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61238236A Granted JPS6392079A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4847847A (ja) |
| JP (1) | JPS6392079A (ja) |
| GB (2) | GB8723440D0 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5058121A (en) * | 1990-06-13 | 1991-10-15 | Xerox Corporation | Coupling structures for a phase-locked laser array |
| GB2317744B (en) * | 1996-09-27 | 2001-11-21 | Marconi Gec Ltd | Improvements in and relating to lasers |
| RU2150164C1 (ru) * | 1998-02-05 | 2000-05-27 | Аполлонов Виктор Викторович | Излучательный модуль на основе линейки лазерных диодов (варианты) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61296785A (ja) * | 1985-06-25 | 1986-12-27 | Sharp Corp | 半導体レ−ザアレイ装置 |
-
1986
- 1986-10-07 JP JP61238236A patent/JPS6392079A/ja active Granted
-
1987
- 1987-10-06 GB GB878723440A patent/GB8723440D0/en active Pending
- 1987-10-07 US US07/105,255 patent/US4847847A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-03-30 GB GB8807540A patent/GB2201838B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8807540D0 (en) | 1988-05-05 |
| GB2201838B (en) | 1989-11-22 |
| GB8723440D0 (en) | 1987-11-11 |
| US4847847A (en) | 1989-07-11 |
| JPS6392079A (ja) | 1988-04-22 |
| GB2201838A (en) | 1988-09-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |