JP2000098148A - 超高速光信号処理回路 - Google Patents
超高速光信号処理回路Info
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- JP2000098148A JP2000098148A JP26283598A JP26283598A JP2000098148A JP 2000098148 A JP2000098148 A JP 2000098148A JP 26283598 A JP26283598 A JP 26283598A JP 26283598 A JP26283598 A JP 26283598A JP 2000098148 A JP2000098148 A JP 2000098148A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高価な微動機構を必要とせず、損失を低く抑
えながら小型化が可能な超高速光信号処理回路を提供す
るにある。 【解決手段】 アレイ導波路１０３とスラブ導波路１０
４からなるアレイ導波路格子を用いたスペクトルフィル
タリングによる反射型の光信号処理回路において、入射
光を結像させる前記スラブ導波路１０４の焦点面に凹凸
を設けることで、光信号を変調させることのできる空間
フィルタ１０５としての機能を有することを特徴とす
る。
えながら小型化が可能な超高速光信号処理回路を提供す
るにある。 【解決手段】 アレイ導波路１０３とスラブ導波路１０
４からなるアレイ導波路格子を用いたスペクトルフィル
タリングによる反射型の光信号処理回路において、入射
光を結像させる前記スラブ導波路１０４の焦点面に凹凸
を設けることで、光信号を変調させることのできる空間
フィルタ１０５としての機能を有することを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速の光信号を
処理する装置に関するものである。
処理する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光信号伝送、光信号処理技術の発展に伴
い、より高速の光信号を処理することが必要になってき
ている。従来、超高速の光信号を処理する手段として、
アレイ導波路格子と、その焦点面に設けた空間フィルタ
を組み合わせることによって、入射光信号の各周波数成
分に強度変調、位相変調を加える方法が用いられている
（例：T.Kurokawa 他,Electronics Letters Vol.33 p
p.1890-1891(1997))。
い、より高速の光信号を処理することが必要になってき
ている。従来、超高速の光信号を処理する手段として、
アレイ導波路格子と、その焦点面に設けた空間フィルタ
を組み合わせることによって、入射光信号の各周波数成
分に強度変調、位相変調を加える方法が用いられている
（例：T.Kurokawa 他,Electronics Letters Vol.33 p
p.1890-1891(1997))。
【０００３】図７に従来の超高速光信号処理回路の例を
示す。図７において、７０１は信号光を入射及び出射さ
せるための導波路である。７０２はスラブ導波路であっ
て導波路７０１の光をアレイ導波路７０３に分配する機
能を持つ。アレイ導波路７０３は入射信号光を時間−空
間変換する機能を持つ。７０４はスラブ導波路であり、
アレイ導波路７０３の出力光をそれぞれフーリエ変換さ
せる機能を持つ。７０５は空間フィルタである。
示す。図７において、７０１は信号光を入射及び出射さ
せるための導波路である。７０２はスラブ導波路であっ
て導波路７０１の光をアレイ導波路７０３に分配する機
能を持つ。アレイ導波路７０３は入射信号光を時間−空
間変換する機能を持つ。７０４はスラブ導波路であり、
アレイ導波路７０３の出力光をそれぞれフーリエ変換さ
せる機能を持つ。７０５は空間フィルタである。
【０００４】従来の構成は変調を行う空間フィルタ７０
５を別に作製し、焦点面近傍に配置し、微動台などで動
かす構成であった。この方法では、フィルタを交換する
ことで、様々な処理に対応可能である利点がある一方、
微動機構を有するため、フィルタを長期間安定に保持し
ておくためには、高価で大きい微動台が必要である。
５を別に作製し、焦点面近傍に配置し、微動台などで動
かす構成であった。この方法では、フィルタを交換する
ことで、様々な処理に対応可能である利点がある一方、
微動機構を有するため、フィルタを長期間安定に保持し
ておくためには、高価で大きい微動台が必要である。
【０００５】また、アレイ導波路格子の焦点面とフィル
タの間には、一般的にわずかな隙間があくので、結合損
失が生じ、光導波路のスポットサイズが小さくすると、
極端に挿入損失が増加するという問題が生じるため、ア
レイ導波路格子のスポットサイズを小さくすることは困
難であり、装置をコンパクトに構成することは困難であ
った。
タの間には、一般的にわずかな隙間があくので、結合損
失が生じ、光導波路のスポットサイズが小さくすると、
極端に挿入損失が増加するという問題が生じるため、ア
レイ導波路格子のスポットサイズを小さくすることは困
難であり、装置をコンパクトに構成することは困難であ
った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑み、入射光信号が結像するスラブ導波路の焦点面に凹
凸状若しくは分布ブラッグ反射鏡型のフィルタを同時に
作製することにより、高価な微動機構を必要とせず、損
失を低く抑えながら小型化が可能になる超高速光信号処
理回路を提供することを目的としている。
鑑み、入射光信号が結像するスラブ導波路の焦点面に凹
凸状若しくは分布ブラッグ反射鏡型のフィルタを同時に
作製することにより、高価な微動機構を必要とせず、損
失を低く抑えながら小型化が可能になる超高速光信号処
理回路を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１記載の超高速光信号処理回路は、少なくと
も１つの入出力導波路と、時系列信号を空間信号に変換
する時間−空間変換手段としてのアレイ導波路と、前記
アレイ導波路から出力された入射空間信号光を結像させ
る結像手段としてのスラブ導波路と、前記スラブ導波路
の焦点面に凹凸を設けることで、光信号を変調させるこ
とのできる空間フィルタとしての機能を有することを特
徴とする。
明の請求項１記載の超高速光信号処理回路は、少なくと
も１つの入出力導波路と、時系列信号を空間信号に変換
する時間−空間変換手段としてのアレイ導波路と、前記
アレイ導波路から出力された入射空間信号光を結像させ
る結像手段としてのスラブ導波路と、前記スラブ導波路
の焦点面に凹凸を設けることで、光信号を変調させるこ
とのできる空間フィルタとしての機能を有することを特
徴とする。
【０００８】上記課題を解決する本発明の請求項２記載
の超高速光信号処理回路は、アレイ導波路とスラブ導波
路からなるアレイ導波路格子を用いたスペクトルフィル
タリングによる反射型の光信号処理回路において、入射
光を結像させる前記スラブ導波路の焦点面近傍に分布ブ
ラッグ反射鏡を設けることで、光信号の強度及び位相を
変調させることのできる空間フィルタとしての機能を有
することを特徴とする。
の超高速光信号処理回路は、アレイ導波路とスラブ導波
路からなるアレイ導波路格子を用いたスペクトルフィル
タリングによる反射型の光信号処理回路において、入射
光を結像させる前記スラブ導波路の焦点面近傍に分布ブ
ラッグ反射鏡を設けることで、光信号の強度及び位相を
変調させることのできる空間フィルタとしての機能を有
することを特徴とする。
【０００９】上記課題を解決する本発明の請求項３記載
の超高速光信号処理回路は、請求項１又は２に記載の超
高速光信号処理回路において、前記アレイ導波路格子が
半導体導波路によって構成されていることを特徴とす
る。
の超高速光信号処理回路は、請求項１又は２に記載の超
高速光信号処理回路において、前記アレイ導波路格子が
半導体導波路によって構成されていることを特徴とす
る。
【００１０】上記課題を解決する本発明の請求項４記載
の超高速光信号処理回路は、請求項１又は２に記載の超
高速光信号処理回路において、前記アレイ導波路格子が
石英導波路によって構成されていることを特徴とする。
の超高速光信号処理回路は、請求項１又は２に記載の超
高速光信号処理回路において、前記アレイ導波路格子が
石英導波路によって構成されていることを特徴とする。
【００１１】上記課題を解決する本発明の請求項５記載
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３又は４に
記載の超高速光信号処理回路において、前記空間フィル
タの断面にパタンミラーを設け、強度及び位相変調を共
に加えられることを特徴とする。
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３又は４に
記載の超高速光信号処理回路において、前記空間フィル
タの断面にパタンミラーを設け、強度及び位相変調を共
に加えられることを特徴とする。
【００１２】上記課題を解決する本発明の請求項６記載
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３，４又は
５に記載の超高速光信号処理回路において、前記アレイ
導波路格子の入出力導波路が少なくとも２つ以上の導波
路で構成されていることを特徴とする。
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３，４又は
５に記載の超高速光信号処理回路において、前記アレイ
導波路格子の入出力導波路が少なくとも２つ以上の導波
路で構成されていることを特徴とする。
【００１３】上記課題を解決する本発明の請求項７記載
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３，４，５
又は６に記載の超高速光信号処理回路における前記空間
フィルタは、中心周波数を回折次数で除した周波数範囲
のみ反射することを特徴とする。
の超高速光信号処理回路は、請求項１，２，３，４，５
又は６に記載の超高速光信号処理回路における前記空間
フィルタは、中心周波数を回折次数で除した周波数範囲
のみ反射することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕図１に本発明の実施
形態を示す。図１において、１０１は信号光を入射及び
出射させるための複数の導波路である。１０２はスラブ
導波路であって導波路１０１の光をアレイ導波路１０３
に分配する機能を持つ。アレイ導波路１０３は入射信号
光を時間−空間変換する機能を持つ。
形態を示す。図１において、１０１は信号光を入射及び
出射させるための複数の導波路である。１０２はスラブ
導波路であって導波路１０１の光をアレイ導波路１０３
に分配する機能を持つ。アレイ導波路１０３は入射信号
光を時間−空間変換する機能を持つ。
【００１５】１０４はスラブ導波路であり、アレイ導波
路１０３の出力光をそれぞれフーリエ変換させる機能を
持つ。１０５は空間フィルタであり、スラブ導波路の焦
点面に展開される入射光信号の各々の周波数成分に位相
遅延を加える構造になっている。１０６は無反射コーテ
ィングである。また、入射した信号光はスラブ導波路１
０４の焦点面においてスペクトルに展開されるが、複数
の導波路１０１において、入射させる導波路を変える
と、その焦点面におけるスペクトルの中心周波数の位置
を移動させることが出来る。
路１０３の出力光をそれぞれフーリエ変換させる機能を
持つ。１０５は空間フィルタであり、スラブ導波路の焦
点面に展開される入射光信号の各々の周波数成分に位相
遅延を加える構造になっている。１０６は無反射コーテ
ィングである。また、入射した信号光はスラブ導波路１
０４の焦点面においてスペクトルに展開されるが、複数
の導波路１０１において、入射させる導波路を変える
と、その焦点面におけるスペクトルの中心周波数の位置
を移動させることが出来る。
【００１６】本実施例における導波路は半導体導波路に
よって作製した。図２に導波路の断面図を示す。その作
製方法は以下の通りである。先ず、下部クラッド層２０
２となるＩnＰ基板２０１上にコア層２０３としてクラ
ッド層ＩnＰよりも屈折率の高い半導体ＩnＧaＡsＰ、上
部クラッド層２０４としてＩnＰ膜をＭＯＣＶＤによっ
てエピタキシャル成長させ、図１のような導波路形状に
パターニングした後、ドライエッチングを行うことでア
レイ導波路、スラブ導波路、位相フィルタ部分を作製し
た。
よって作製した。図２に導波路の断面図を示す。その作
製方法は以下の通りである。先ず、下部クラッド層２０
２となるＩnＰ基板２０１上にコア層２０３としてクラ
ッド層ＩnＰよりも屈折率の高い半導体ＩnＧaＡsＰ、上
部クラッド層２０４としてＩnＰ膜をＭＯＣＶＤによっ
てエピタキシャル成長させ、図１のような導波路形状に
パターニングした後、ドライエッチングを行うことでア
レイ導波路、スラブ導波路、位相フィルタ部分を作製し
た。
【００１７】次に、位相フィルタの断面に金を蒸着し
た。これはフォトレジストを用いてパターニングを行
い、基板を傾けて蒸着しリフトオフすることで作製し
た。スラブ導波路の焦点面近傍の拡大図を図３に示す。
本実施例において作製した空間フィルタ３０４は、中心
周波数の前後で、πの位相遅延をもたせたステップ型位
相オンリーフィルタである。
た。これはフォトレジストを用いてパターニングを行
い、基板を傾けて蒸着しリフトオフすることで作製し
た。スラブ導波路の焦点面近傍の拡大図を図３に示す。
本実施例において作製した空間フィルタ３０４は、中心
周波数の前後で、πの位相遅延をもたせたステップ型位
相オンリーフィルタである。
【００１８】位相遅延を加えたいスペクトル領域に、往
復でπの光路差を与えるため、図３に示すように、スラ
ブ導波路３０２の焦点面３０３に凹凸を設け、その凹凸
によりπ／２の光路差を与えるようにした。本実施例で
は、２階調の位相制御を行う空間フィルタ３０４を作製
したが、同様の方法で、多階調で複雑な位相変調を加え
ることのできるフィルタを作製することも可能である。
復でπの光路差を与えるため、図３に示すように、スラ
ブ導波路３０２の焦点面３０３に凹凸を設け、その凹凸
によりπ／２の光路差を与えるようにした。本実施例で
は、２階調の位相制御を行う空間フィルタ３０４を作製
したが、同様の方法で、多階調で複雑な位相変調を加え
ることのできるフィルタを作製することも可能である。
【００１９】また、図４に示すように、焦点面４０３の
近傍にエッチングにより、分布ブラッグ反射鏡を設ける
ことにより、スペクトルに強度及び位相変調を与える空
間フィルタ４０４を形成することも可能である。また、
ＦＳＲ（Free Spectral Range,中心周波数ν0を回折次
数ｍで割った周波数範囲）外の余分な反射光を反射させ
ない構造になっている。本実施例では、フィルタを含む
焦点面となるスラブ導波路の断面（反射面）は反射損失
を減少させるために金を蒸着して反射率を高めたが、も
ちろん、誘電体多層膜を前述の方法で形成してもよい
し、敢えて反射手段を設けなくてもよい。
近傍にエッチングにより、分布ブラッグ反射鏡を設ける
ことにより、スペクトルに強度及び位相変調を与える空
間フィルタ４０４を形成することも可能である。また、
ＦＳＲ（Free Spectral Range,中心周波数ν0を回折次
数ｍで割った周波数範囲）外の余分な反射光を反射させ
ない構造になっている。本実施例では、フィルタを含む
焦点面となるスラブ導波路の断面（反射面）は反射損失
を減少させるために金を蒸着して反射率を高めたが、も
ちろん、誘電体多層膜を前述の方法で形成してもよい
し、敢えて反射手段を設けなくてもよい。
【００２０】実際に本光信号処理装置にＣr／ＹＡＧモ
ードロックレーザ光源から、波長フィルタによって切り
出した幅１．２ｐｓのパルスを入射光として、出射光を
相互相関波形として測定した結果を図５に示す。図５に
示すように設計通りの出力波形が得られることを確認し
た。さらに、従来の方法である、微動台によってフィル
タをスラブ導波路と結合させる方法に比べ、約６ｄＢの
ロスの改善を確認した。
ードロックレーザ光源から、波長フィルタによって切り
出した幅１．２ｐｓのパルスを入射光として、出射光を
相互相関波形として測定した結果を図５に示す。図５に
示すように設計通りの出力波形が得られることを確認し
た。さらに、従来の方法である、微動台によってフィル
タをスラブ導波路と結合させる方法に比べ、約６ｄＢの
ロスの改善を確認した。
【００２１】〔実施例２〕実施例１と同様の構造を石英
導波路によって作製した。作製方法は以下の通りであ
る。先ず、単結晶シリコンの基板上に火炎加水分解体積
法（ＦＨＤ法）によって下部クラッド層、コア層の順に
ガラス微粒子膜として堆積させた後、アニール炉中で高
温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜とす
る。
導波路によって作製した。作製方法は以下の通りであ
る。先ず、単結晶シリコンの基板上に火炎加水分解体積
法（ＦＨＤ法）によって下部クラッド層、コア層の順に
ガラス微粒子膜として堆積させた後、アニール炉中で高
温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜とす
る。
【００２２】次に、導波路の形にパターニングを施し、
ドライエッチングを用いて、不要なコア層を除去した
後、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、
高温に加熱して上部クラッド層を透明化させる作製法を
用いたが、コアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線
硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造など
についても同様の機能を持つことはあきらかである。こ
の場合は、使用したい波長域において材料が十分透明で
あることが望ましい。
ドライエッチングを用いて、不要なコア層を除去した
後、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、
高温に加熱して上部クラッド層を透明化させる作製法を
用いたが、コアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線
硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造など
についても同様の機能を持つことはあきらかである。こ
の場合は、使用したい波長域において材料が十分透明で
あることが望ましい。
【００２３】本実施例でのフィルタ部分の拡大図を図６
に示す。空間的な位相変調を与えるエッチングによって
作製した位相フィルタ６０４の断面に、空間的な強度変
調を与える強度フィルタ６０５をフォトリソグラフィー
によってパターニングし、基板を傾けて金を蒸着し、リ
フトオフすることで作製した。実際に本光信号処理装置
にＣr／ＹＡＧモードロックレーザ光源を入射パルス光
として、出力光を相互相関波形として測定した結果、設
計通りの出力波形を得られることを確認した。
に示す。空間的な位相変調を与えるエッチングによって
作製した位相フィルタ６０４の断面に、空間的な強度変
調を与える強度フィルタ６０５をフォトリソグラフィー
によってパターニングし、基板を傾けて金を蒸着し、リ
フトオフすることで作製した。実際に本光信号処理装置
にＣr／ＹＡＧモードロックレーザ光源を入射パルス光
として、出力光を相互相関波形として測定した結果、設
計通りの出力波形を得られることを確認した。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、アレイ
導波路格子と空間フィルタとから構成される超高速光信
号処理回路において、入射光信号が結像するスラブ導波
路の焦点面に凹凸状若しくは分布ブラッグ反射鏡型のフ
ィルタを同時に作製することにより、高価な微動機構を
必要とせず、損失を低く抑えながら小型化が可能にな
る。
導波路格子と空間フィルタとから構成される超高速光信
号処理回路において、入射光信号が結像するスラブ導波
路の焦点面に凹凸状若しくは分布ブラッグ反射鏡型のフ
ィルタを同時に作製することにより、高価な微動機構を
必要とせず、損失を低く抑えながら小型化が可能にな
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態のアレイ導波路格子
の構造図である。
の構造図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の導波路の断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第１の実施の形態のフィルタの詳細な
構造図である。
構造図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のフィルタの詳細な
構造図である。
構造図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の入射光波形、出射
光波形の実験結果及び出射光波形の計算結果を示すグラ
フである。
光波形の実験結果及び出射光波形の計算結果を示すグラ
フである。
【図６】本発明の第２の実施の形態のフィルタの詳細な
構造図である。
構造図である。
【図７】従来技術の構成図である。
１０１ 入射及び出射導波路 １０２ スラブ導波路 １０３ 導波路アレイ １０４ スラブ導波路 １０５ フィルタ １０６ 無反射コーティング ２０１ ＩnＰ基板 ２０２ ＩnＰ下部クラッド層 ２０３ ＩnＧaＡsＰコア層 ２０４ ＩnＰ上部クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神徳 正樹 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KA05 KA12 KA15 KB00 LA03 LA14 LA19 PA01 PA06 PA21 PA24 QA02 QA04 TA02 TA03 TA35 TA44
Claims (7)
- 【請求項１】 アレイ導波路とスラブ導波路からなるア
レイ導波路格子を用いたスペクトルフィルタリングによ
る反射型の光信号処理回路において、入射光を結像させ
る前記スラブ導波路の焦点面に凹凸を設けることで、光
信号を変調させることのできる空間フィルタとしての機
能を有することを特徴とする超高速光信号処理回路。 - 【請求項２】 アレイ導波路とスラブ導波路からなるア
レイ導波路格子を用いたスペクトルフィルタリングによ
る反射型の光信号処理回路において、入射光を結像させ
る前記スラブ導波路の焦点面近傍に分布ブラッグ反射鏡
を設けることで、光信号の強度及び位相を変調させるこ
とのできる空間フィルタとしての機能を有することを特
徴とする超高速光信号処理回路。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の超高速光信号処
理回路において、前記アレイ導波路格子が半導体導波路
によって構成されていることを特徴とする超高速光信号
処理回路。 - 【請求項４】 請求項１又は２に記載の超高速光信号処
理回路において、前記アレイ導波路格子が石英導波路に
よって構成されていることを特徴とする超高速光信号処
理回路。 - 【請求項５】 請求項１，２，３又は４に記載の超高速
光信号処理回路において、前記空間フィルタの断面にパ
タンミラーを設け、強度及び位相変調を共に加えられる
ことを特徴とする超高速光信号処理回路。 - 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５に記載の超
高速光信号処理回路において、前記アレイ導波路格子の
入出力導波路が少なくとも２つ以上の導波路で構成され
ていることを特徴とする超高速光信号処理回路。 - 【請求項７】 請求項１，２，３，４，５又は６に記載
の超高速光信号処理回路における前記空間フィルタは、
中心周波数を回折次数で除した周波数範囲のみ反射する
ことを特徴とする超高速光信号処理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26283598A JP2000098148A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 超高速光信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26283598A JP2000098148A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 超高速光信号処理回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000098148A true JP2000098148A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17381286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26283598A Pending JP2000098148A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 超高速光信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000098148A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1148362A1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-10-24 | JDS Uniphase Inc. | Arrayed waveguide grating having a reflective input coupling |
| US7174080B2 (en) | 2000-10-09 | 2007-02-06 | Bookham Technology, Plc | Guided wave spatial filter |
| KR100922479B1 (ko) | 2003-02-04 | 2009-10-21 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 기판에 슬래브 도파관과 채널 도파관들을 갖는 광학 장치 |
| JP2014215317A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理回路 |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP26283598A patent/JP2000098148A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1148362A1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-10-24 | JDS Uniphase Inc. | Arrayed waveguide grating having a reflective input coupling |
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