JP2003107207A - Graded index lens and its manufacturing method - Google Patents
Graded index lens and its manufacturing methodInfo
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、容易に製造でき、
低価格化が可能な屈折率分布型レンズおよびその製造方
法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention is easy to manufacture,
The present invention relates to a gradient index lens that can be reduced in price and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光通信分野において、光ファイバ
を伝播してきた信号光を該光ファイバの外部に平行光と
して取り出したり、また、その反対に、平行光を光ファ
イバの端面に集束させて該光ファイバに入射させたりす
るために、光ファイバコリメータが使用されている。こ
の光ファイバコリメータは、上述のように光を集光等さ
せるために、コリメートレンズを備えている。このコリ
メートレンズとしては、種々の形状のレンズが用いられ
ているが、球面レンズや非球面レンズに比して製造時の
研磨加工やコリメータ等の光学系の組立てが比較的容易
という理由により、円柱状であって、円柱の両端面にお
いて光を入出射する形式の屈折率分布型レンズ(ロッド
レンズまたはGRINレンズとも呼ばれている)が多く
使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of optical communication, signal light propagating through an optical fiber is taken out as parallel light outside the optical fiber, or conversely, parallel light is focused on the end face of the optical fiber. An optical fiber collimator is used to make the light incident on the optical fiber. This optical fiber collimator is provided with a collimating lens for condensing light as described above. Lenses of various shapes are used as this collimating lens, but it is relatively easy to polish and assemble an optical system such as a collimator at the time of manufacturing as compared with spherical lenses and aspherical lenses. A gradient index lens (also called a rod lens or a GRIN lens) of a columnar type that allows light to enter and exit at both end faces of the column is often used.
【0003】この種の屈折率分布型レンズは、一般に、
次のような手順により製造されている。まず、タリウム
等の屈折率を高めるような成分をドープした多成分ガラ
スからなるガラス棒を製造し、このガラス棒をナトリウ
ムやカリウム等の融解塩に浸漬し、前記ガラス棒の外周
部のイオンを交換してタリウムの濃度を下げ、外周部の
屈折率を小さくすることにより、屈折率分布を有する棒
状のプリフォームをする。次いで、このプリフォームを
電気炉で加熱し、所定の外径まで延伸したのち、所定の
長さに切断して、レンズプリカーサとし、さらに、バフ
等を用いて端面を研磨して表面の粗さを除去することに
より、屈折率分布型レンズとする。This type of gradient index lens is generally
It is manufactured by the following procedure. First, a glass rod made of a multi-component glass doped with a component that increases the refractive index of thallium or the like is produced, and this glass rod is immersed in a molten salt such as sodium or potassium to remove the ions in the outer peripheral portion of the glass rod. By exchanging the concentration of thallium to lower the refractive index of the outer peripheral portion, a rod-shaped preform having a refractive index distribution is obtained. Next, this preform is heated in an electric furnace, stretched to a predetermined outer diameter, cut into a predetermined length to obtain a lens precursor, and further, the end face is polished by using a buff or the like to roughen the surface. Is removed to obtain a gradient index lens.
【0004】また、特願2001−104929に開示
されているように、PCVDなどの手法を用いて、Si
Cl4、GeCl4などの材料ガスの組成を変化させなが
ら石英管の内部にガラススートを堆積させ、次いで、こ
のガラススートが堆積した石英管を加熱し、透明ガラス
化することにより、石英ガラス中、酸化ゲルマニウムの
濃度が漸次変化するようになったプリフォームを得、こ
のプリフォームを上述の方法と同様な手順により、所定
の外径および長さをとるロッド状の屈折率分布型レンズ
とする方法もある。Further, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-104929, Si can be formed by using a technique such as PCVD.
The glass soot is deposited inside the quartz tube while changing the composition of the material gas such as Cl 4 and GeCl 4 , and then the quartz tube on which the glass soot is deposited is heated to form a transparent vitreous material. , A preform in which the concentration of germanium oxide gradually changes is obtained, and this preform is formed into a rod-shaped gradient index lens having a predetermined outer diameter and length by the same procedure as the above method. There is also a method.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の屈折率分
布型レンズにおいては、その端面における乱反射等など
による損失を抑制し、光結合の信頼性を高めるため、該
屈折率分布型レンズの端面は、高度に平滑にされている
必要がある。このため、該端面の研磨に時間と費用がか
かるため、屈折率分布型レンズの製造コストが高く、生
産性が低いという問題がある。従って、本発明の課題
は、容易に製造でき、低価格化が可能な屈折率分布型レ
ンズを提供することにある。In the above-mentioned conventional gradient index lens, in order to suppress the loss due to diffused reflection and the like at the end face and to enhance the reliability of optical coupling, the end face of the gradient index lens is to be improved. Must be highly smoothed. Therefore, it takes time and cost to polish the end face, so that there is a problem that the manufacturing cost of the gradient index lens is high and the productivity is low. Therefore, an object of the present invention is to provide a gradient index lens that can be easily manufactured and can be reduced in cost.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記課題は、棒状のプリ
フォームを、研磨剤を含有する研削液を用いて切断して
屈折率分布型レンズを得ることにより解決される。前記
研磨剤としては酸化セリウムが好適である。また、棒状
のプリフォームを所定の長さに切断して円柱状とするこ
とにより得られる屈折率分布型レンズプリカーサの端面
に接着剤を塗布して平滑膜を形成することによって、簡
便に前記端面を平滑にすることができる。この際、屈折
率分布型レンズプリカーサの端面が水平になるように屈
折率分布型レンズプリカーサを鉛直に立て、この状態で
前記端面に接着剤を塗布するのが好ましい。また、屈折
率分布型レンズプリカーサの端面に、該屈折率分布型レ
ンズプリカーサの材料と屈折率が実質的に等しい材料を
蒸着して被膜を形成することによっても、前記課題を解
決することができる。The above problems can be solved by cutting a rod-shaped preform with a grinding liquid containing an abrasive to obtain a gradient index lens. Cerium oxide is suitable as the abrasive. Further, by applying an adhesive to the end surface of the gradient index lens precursor obtained by cutting a rod-shaped preform into a predetermined length to form a cylindrical shape, the end surface can be simply formed. Can be smoothed. At this time, it is preferable that the gradient index lens precursor is erected vertically so that the edge surface of the gradient index lens precursor is horizontal, and the adhesive is applied to the edge surface in this state. The above problem can also be solved by forming a coating on the end surface of the gradient index lens precursor by depositing a material having a refractive index substantially equal to that of the material of the gradient index lens precursor. .
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて、本
発明を詳しく説明する。本発明の第1の実施の形態にお
いては、屈折率分布型レンズを、次のようにして製造す
ることができる。まず、公知の方法により棒状のプリフ
ォームを作製する。さらに、このプリフォームを、研磨
剤を含有する研削液を用いて所定の長さに切断すること
により屈折率分布型レンズとする。プリフォームの研削
に用いられる工具としては、従来この種のプリフォーム
の切断に用いられている公知のものが使用できるが、例
えば、粒度が#2000〜4500のダイヤモンドや炭
化ケイ素などの固定砥粒を有する砥石が好ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments. In the first embodiment of the present invention, the gradient index lens can be manufactured as follows. First, a rod-shaped preform is manufactured by a known method. Further, this preform is cut into a predetermined length with a grinding liquid containing an abrasive to obtain a gradient index lens. As the tool used for grinding the preform, a known tool conventionally used for cutting this type of preform can be used. For example, fixed abrasive grains such as diamond or silicon carbide having a grain size of # 2000 to 4500 can be used. A whetstone with is preferred.
【0008】前記研磨剤としては希土類酸化物からなる
砥粒が好ましいが、この中でも、酸化セリウムが最も好
適である。この酸化セリウムは、その硬さがガラスの硬
さと同程度であり、それを研削液に混合することによ
り、ガラス成分と水との水和反応と、水和したガラス成
分と酸化セリウムとの化学反応の作用に加えて、酸化セ
リウム粒子の運動エネルギーによる機械的除去作用を利
用した所謂メカノケミカル作用によって、研削面が研磨
される。このため、前記研磨剤として酸化セリウムを含
む研削液を用いることにより、研削面の粗さが著しく低
減され、所望の平滑な端面を有する屈折率分布型レンズ
が得られる。Abrasive grains made of a rare earth oxide are preferable as the abrasive, and cerium oxide is most preferable among them. The hardness of this cerium oxide is about the same as the hardness of glass, and by mixing it with the grinding fluid, the hydration reaction between the glass component and water and the chemical reaction between the hydrated glass component and cerium oxide are performed. In addition to the action of reaction, the ground surface is polished by a so-called mechanochemical action that utilizes a mechanical removal action by kinetic energy of cerium oxide particles. Therefore, by using a grinding liquid containing cerium oxide as the abrasive, the roughness of the ground surface is significantly reduced, and a gradient index lens having a desired smooth end face can be obtained.
【0009】前記研削液としては、研磨剤を水と混合し
て、濃度10〜30重量%のスラリーとしたものが使用
され、特に約20%とするのが好ましい。また、研磨剤
の粒度は#1500〜#10000の範囲内とするのが
好ましい。粒度が#1500より粗いものであると、引
っ掻き傷等の損傷が起こるおそれがあり、#10000
より細かいものであると、研磨能力が低下するおそれが
あるので好ましくない。As the grinding liquid, a slurry having a concentration of 10 to 30% by weight mixed with an abrasive is used, and it is preferably about 20%. The particle size of the abrasive is preferably within the range of # 1500 to # 10000. If the particle size is coarser than # 1500, damage such as scratches may occur, and # 10,000
If it is finer, the polishing ability may decrease, which is not preferable.
【0010】この研削液には、ポリエーテル系界面活性
剤等の分散剤、水溶性セルロース等の粘度調整剤、また
はpH調整剤などの助剤を、必要に応じて、添加しても
よい。上述のように調整された研削液を用いてプリフォ
ームを切断するので、研削時に該切断面が研磨され平滑
化される。このため、この切断の後の研磨を省略しても
優れた性能をもつ屈折率分布型レンズが製造でき、生産
性を向上させ、生産性が向上する。If necessary, an auxiliary agent such as a dispersant such as a polyether surfactant, a viscosity adjusting agent such as water-soluble cellulose, or a pH adjusting agent may be added to the grinding liquid. Since the preform is cut using the grinding liquid adjusted as described above, the cut surface is polished and smoothed during grinding. Therefore, even if the polishing after the cutting is omitted, a gradient index lens having excellent performance can be manufactured, the productivity is improved, and the productivity is improved.
【0011】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図1(a)は、本実施の形態に係る屈折率分
布型レンズの端面の一例を示す概略断面図である。図1
(a)において、符号1は、屈折率分布型レンズプリカ
ーサであり、符号2は平滑膜である。本実施の形態にお
いて屈折率分布型レンズプリカーサとは、前記プリフォ
ームを所定の長さに切断して円柱状としたものであっ
て、この端面を後述する手順により処理することにより
屈折率分布型レンズが得られるという中間製品である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic sectional view showing an example of an end surface of the gradient index lens according to the present embodiment. Figure 1
In (a), reference numeral 1 is a gradient index lens precursor, and reference numeral 2 is a smooth film. In the present embodiment, the gradient index lens precursor is a columnar shape obtained by cutting the preform into a predetermined length, and the end surface is processed by the procedure described below to obtain the gradient index lens. It is an intermediate product from which lenses can be obtained.
【0012】このような屈折率分布型レンズは、例え
ば、次の手順により製造することができる。まず。公知
の方法により作製された棒状のプリフォームを所定の長
さに切断することにより、円柱状の屈折率分布型レンズ
プリカーサ1とする。次いで、この屈折率分布型レンズ
プリカーサ1の端面に、接着剤を塗布して平滑膜2を形
成することにより屈折率分布型レンズとする。Such a gradient index lens can be manufactured, for example, by the following procedure. First. A rod-shaped preform manufactured by a known method is cut into a predetermined length to obtain a cylindrical gradient index lens precursor 1. Next, an adhesive is applied to the end surface of the gradient index lens precursor 1 to form a smooth film 2 to obtain a gradient index lens.
【0013】前記接着剤としては、従来、光学用ガラス
の接着に用いられている公知の接着剤が使用できるが、
特に、その屈折率が、該屈折率分布型レンズプリカーサ
1の材料の屈折率と実質的に等しいものから選択され
る。さらに、未硬化時の粘度が低く、セルフリベリング
性を有するものが好ましい。例えば、エポキシ系、ウレ
タン系の接着剤を用いることができる。接着剤を該屈折
率分布型レンズプリカーサ1に塗布する際、該屈折率分
布型レンズプリカーサ1の端面を上に向け、この端面が
水平になるように配置したのち、前記端面に接着剤を塗
布して硬化させることにより平坦な平滑膜2が得られる
ので、さらに好ましい。このように、接着剤を塗布する
のみで優れた性能をもつ屈折率分布型レンズが製造でき
るので、生産性を向上させ、低価格化が達成される。As the above-mentioned adhesive, a known adhesive conventionally used for bonding optical glass can be used.
In particular, its refractive index is selected to be substantially equal to the refractive index of the material of the gradient index lens precursor 1. Further, those having a low viscosity when uncured and having a self-leveling property are preferable. For example, an epoxy-based or urethane-based adhesive can be used. When applying the adhesive to the gradient index lens precursor 1, the end surface of the gradient index lens precursor 1 is directed upward, and the end surface is arranged horizontally, and then the adhesive is applied to the edge surface. It is more preferable because the flat and smooth film 2 can be obtained by curing it. As described above, since the gradient index lens having excellent performance can be manufactured only by applying the adhesive, the productivity is improved and the cost is reduced.
【0014】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図1(b)は、本実施の形態に係る屈折率分
布型レンズの端面の一例を示す概略断面図である。図1
(b)において、符号1は、屈折率分布型レンズプリカ
ーサであり、符号3は被膜、符号4は反射防止膜であ
る。本実施の形態において屈折率分布型レンズプリカー
サとは、前記プリフォームを所定の長さに切断して円柱
状としたものであって、この端面を後述する手順により
処理することにより屈折率分布型レンズが得られるとい
う中間製品である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 1B is a schematic sectional view showing an example of an end face of the gradient index lens according to the present embodiment. Figure 1
In (b), reference numeral 1 is a gradient index lens precursor, reference numeral 3 is a film, and reference numeral 4 is an antireflection film. In the present embodiment, the gradient index lens precursor is a columnar shape obtained by cutting the preform into a predetermined length, and the end surface is processed by the procedure described below to obtain the gradient index lens. It is an intermediate product from which lenses can be obtained.
【0015】このような屈折率分布型レンズは、例え
ば、次の手順により製造することができる。まず。公知
の方法により作製された棒状のプリフォームを所定の長
さに切断することにより、円柱状の屈折率分布型レンズ
プリカーサ1とする。次いで、この屈折率分布型レンズ
プリカーサ1の端面に、該屈折率分布型レンズプリカー
サ1の材料と屈折率が実質的に等しい材料を蒸着して被
膜3を形成する。さらに、この被膜3の上に反射防止膜
4を形成して屈折率分布型レンズとする。Such a gradient index lens can be manufactured, for example, by the following procedure. First. A rod-shaped preform manufactured by a known method is cut into a predetermined length to obtain a cylindrical gradient index lens precursor 1. Then, a material having a refractive index substantially equal to that of the material of the gradient index lens precursor 1 is deposited on the end surface of the gradient index lens precursor 1 to form the coating 3. Further, an antireflection film 4 is formed on the coating 3 to form a gradient index lens.
【0016】前記被膜3の材料は、該屈折率分布型レン
ズプリカーサ1の材料と屈折率が実質的に等しい無色透
明な材料であれば、いかなる材料でも用いることができ
るが、例えば、SiO2が挙げられる。前記被膜3の形
成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法などの
公知の方法を用いることができる。さらに、本実施の形
態においては、被膜3の上に反射防止膜4(ARコー
ト)を設けることができる。この反射防止膜4として
は、従来屈折率分布型レンズに使用されている種類のも
のを用いることができるが、例えば、Ta2O5とSiO
2からなる多層膜、またはTiO2とSiO2からなる多
層膜であって、積層数が10層以下であるものが好適な
ものとして挙げられる。この場合、被膜3の形成と反射
防止膜4の形成とを一連の作業で行うことができる。こ
れにより、この工程の作業量を大幅に低減し、生産性を
向上させることができる。The material of the coating 3 is the graded index lens.
A colorless transparent material with a refractive index that is substantially the same as the material of Z-precursor 1.
Any clear material can be used
However, for example, SiO2Is mentioned. Shape of the coating 3
As the forming method, there are vacuum evaporation method, sputtering method, etc.
A known method can be used. Furthermore, the form of this implementation
In this state, the antireflection film 4 (AR coating) is formed on the coating 3.
G) can be provided. As this antireflection film 4
Is the same type as that used for the gradient index lens.
Can be used, for example, Ta2OFiveAnd SiO
2Multi-layered film or TiO2And SiO2Consisting of many
A layer film having 10 or less layers is preferable.
It is mentioned as a thing. In this case, formation of coating 3 and reflection
The formation of the prevention film 4 can be performed by a series of operations. This
This significantly reduces the amount of work in this process and increases productivity.
Can be improved.
【0017】次に、本発明を具体例によって説明する。
[実施例1]多成分ガラスからなる直径1.8mmのプ
リフォームを、#2000のダイヤモンド砥石と、#2
000の酸化セリウム/水からなる研削液を用いて長さ
4〜5mmに切断することにより、屈折率分布型レンズ
を得た。この屈折率分布型レンズを光ファイバに接続し
たときの接続損失を測定したところ、1dB程度であっ
た。Next, the present invention will be described with reference to specific examples. [Example 1] A preform made of multi-component glass and having a diameter of 1.8 mm was prepared by using a # 2000 diamond grindstone and # 2.
A graded index lens was obtained by cutting into a length of 4 to 5 mm using a grinding liquid of 000 cerium oxide / water. When the splice loss when the gradient index lens was connected to an optical fiber was measured, it was about 1 dB.
【0018】[実施例2]多成分ガラスからなる直径
1.0mmのプリフォームを、#2000のダイヤモン
ド砥石と、切削液として水を用いて長さ7〜8mmに切
断して屈折率分布型レンズプリカーサとした。さらにこ
の屈折率分布型レンズプリカーサの両方の端面にエポキ
シ系接着剤を塗布することにより平滑膜を形成して、屈
折率分布型レンズを得た。この屈折率分布型レンズを光
ファイバに接続したときの接続損失を測定したところ、
0.7dBであった。[Example 2] A preform made of multi-component glass and having a diameter of 1.0 mm was cut to a length of 7 to 8 mm using a # 2000 diamond grindstone and water as a cutting fluid to obtain a gradient index lens. It was a precursor. Furthermore, a smooth film was formed by applying an epoxy adhesive to both end surfaces of this gradient index lens precursor, and a gradient index lens was obtained. When measuring the connection loss when connecting this gradient index lens to an optical fiber,
It was 0.7 dB.
【0019】以上の具体例から明らかなように、本発明
に係る屈折率分布型レンズは低損失であり、優れた特性
を有するものとなった。As is clear from the above specific examples, the gradient index lens according to the present invention has low loss and excellent characteristics.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めて平滑な端面を有し、優れた性能をもつ屈折率分布
型レンズを容易に製造でき、生産性を向上させ、低価格
化を可能にする。As described above, according to the present invention,
A gradient index lens having an extremely smooth end face and excellent performance can be easily manufactured, productivity is improved, and cost reduction is enabled.
【図1】 本発明に係る屈折率分布型レンズの端面の一
例を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an example of an end face of a gradient index lens according to the present invention.
1…屈折率分布型レンズプリカーサ、2…被膜、3…平
滑膜、4…反射防止膜。1 ... Gradient index type lens precursor, 2 ... Coating film, 3 ... Smooth film, 4 ... Antireflection film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C03C 17/34 C03C 17/34 Z 19/00 19/00 A G02B 6/10 G02B 6/10 D 6/18 6/18 (72)発明者 浅野 健一郎 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 細谷 英行 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 甲本 克敏 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 久留宮 洋一 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Fターム(参考) 2H050 AC07 AC87 AC89 4G015 FA01 FB03 4G059 AA11 AB11 AC04 AC18 BB08 GA02 GA12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C03C 17/34 C03C 17/34 Z 19/00 19/00 A G02B 6/10 G02B 6/10 D 6 / 18 6/18 (72) Inventor Kenichiro Asano 1440 Rokuzaki, Sakura-shi, Chiba Fujikura Co., Ltd.Sakura Works (72) Inventor Hideyuki Hosoya 1440 Rokuzaki, Sakura-shi, Chiba Fujikura Sakura Co., Ltd. (72) Inventor Katsutoshi Koumoto 1440 Rokuzaki, Sakura City, Chiba Prefecture Fujikura Co., Ltd.Sakura Works (72) Inventor Yoichi Kurume 1440 Rokuzaki, Sakura City, Chiba Fujikura Co., Ltd. FA01 FB03 4G059 AA11 AB11 AC04 AC18 BB08 GA02 GA12
Claims (6)
ォームを切断することにより屈折率分布型レンズを得る
ことを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。1. A method of manufacturing a gradient index lens, which comprises obtaining a gradient index lens by cutting a preform using a grinding liquid containing an abrasive.
特徴とする請求項1記載の屈折率分布型レンズの製造方
法。2. The method of manufacturing a gradient index lens according to claim 1, wherein the abrasive is cerium oxide.
ていることを特徴とする屈折率分布型レンズ。3. A gradient index lens having a smooth film made of an adhesive formed on an end face.
水平になるように屈折率分布型レンズプリカーサを鉛直
に立て、この状態で前記端面に接着剤を塗布して平滑膜
を形成することを特徴とする屈折率分布型レンズの製造
方法。4. The gradient index lens precursor is erected vertically so that the edge surface of the gradient index lens precursor is horizontal, and an adhesive is applied to the edge surface in this state to form a smooth film. And a method of manufacturing a gradient index lens.
に、該屈折率分布型レンズプリカーサの材料と屈折率が
実質的に等しい材料を蒸着することにより被膜を形成す
ることを特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。5. A refractive index distribution characterized in that a film is formed on the end surface of the gradient index lens precursor by depositing a material having a refractive index substantially equal to that of the material of the gradient index lens precursor. Of manufacturing a mold lens.
に、該屈折率分布型レンズプリカーサの材料と屈折率が
実質的に等しい材料を蒸着することにより被膜を形成
し、さらにこの平滑膜の上に反射防止膜を形成すること
を特徴とする屈折率分布型レンズの製造方法。6. A film is formed on the end surface of the gradient index lens precursor by depositing a material having a refractive index substantially equal to that of the material of the gradient index lens precursor, and further formed on the smooth film. A method of manufacturing a gradient index lens, which comprises forming an antireflection film.
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Cited By (1)
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