JPH01183872A - 半導体レーザの光出力自動制御装置 - Google Patents
半導体レーザの光出力自動制御装置Info
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- JPH01183872A JPH01183872A JP913088A JP913088A JPH01183872A JP H01183872 A JPH01183872 A JP H01183872A JP 913088 A JP913088 A JP 913088A JP 913088 A JP913088 A JP 913088A JP H01183872 A JPH01183872 A JP H01183872A
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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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/06832—Stabilising during amplitude modulation
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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」
この発明は半導体レーザの出力光を自動的に安定化する
半導体レーザの光出力自動制御装置に関する。
半導体レーザの光出力自動制御装置に関する。
「従来の技術」
従来、半導体レーザの光出力自動制御は半導体レーザの
背面光をモニタ光とし、これをモニタ用受光素子にて電
気信号に変換した制御信号により直流バイアス電流のみ
を制御していた。
背面光をモニタ光とし、これをモニタ用受光素子にて電
気信号に変換した制御信号により直流バイアス電流のみ
を制御していた。
すなわち第2図に示すように、入力端子1からの入力信
号により駆動回路2が制御され、その駆動回路2の出力
により半導体レーザ3が駆動される。半導体レーザ3の
前面光4は出力光ファイバ5の一端に入射される。一方
、半導体レーザ3の背面光6はモニタ用受光素子7に入
射されて電気信号に変換される。モニタ用受光素子7の
負荷8に誘起する電圧は引き算回路9に入力される。−
方、入力端子1への入力信号は分岐され基準電圧部10
に入力され、入力信号のマーク率変動情報に応じた基準
電圧を発生し引き算回路9へ入力される。引き算回路9
ではモニタ用受光素子7に人力される変調成分が打消さ
れ、駆動回路2内の直流バイアス制御回路11が制御さ
れ、半導体レーザ3の前面光4はほぼ一定に保持される
。
号により駆動回路2が制御され、その駆動回路2の出力
により半導体レーザ3が駆動される。半導体レーザ3の
前面光4は出力光ファイバ5の一端に入射される。一方
、半導体レーザ3の背面光6はモニタ用受光素子7に入
射されて電気信号に変換される。モニタ用受光素子7の
負荷8に誘起する電圧は引き算回路9に入力される。−
方、入力端子1への入力信号は分岐され基準電圧部10
に入力され、入力信号のマーク率変動情報に応じた基準
電圧を発生し引き算回路9へ入力される。引き算回路9
ではモニタ用受光素子7に人力される変調成分が打消さ
れ、駆動回路2内の直流バイアス制御回路11が制御さ
れ、半導体レーザ3の前面光4はほぼ一定に保持される
。
「発明が解決しようとする課題」
この制御法(変調電流は固定、直流バイアス電流を制御
)を用いて、半導体レーザ3を広い環境温度条件下で慣
用する場合に生じる問題点(二ついてし上下に述べる。
)を用いて、半導体レーザ3を広い環境温度条件下で慣
用する場合に生じる問題点(二ついてし上下に述べる。
半導体レーザ3を用いた光伝送系において送信側の伝送
能力を表わす尺度として、(1)ジッタ、(II)デユ
ーティ変動、(m)消光比がある。(1)については直
流バイアス電流よりと半導体レーザ3の発振しきい値電
流Ithとの比Ib/Ithを極力1に近づけ、相対励
起強度(Ip + Ib)/ Ith (但し工、:変
調篭流)を高くすることが有効であることが知られてい
る〔例えば、米津著;半導体レーザと応用技術、工学社
刊〕。
能力を表わす尺度として、(1)ジッタ、(II)デユ
ーティ変動、(m)消光比がある。(1)については直
流バイアス電流よりと半導体レーザ3の発振しきい値電
流Ithとの比Ib/Ithを極力1に近づけ、相対励
起強度(Ip + Ib)/ Ith (但し工、:変
調篭流)を高くすることが有効であることが知られてい
る〔例えば、米津著;半導体レーザと応用技術、工学社
刊〕。
(11)については、変調電流工、が加わってから半導
体レーザ3が発光するまでの遅れ時間td=τ。・ノ。
体レーザ3が発光するまでの遅れ時間td=τ。・ノ。
CIp/((Ip+ Ib )−Ith ) 〕に起因
してデー−ティ変動が生じる。但し、τ。;注入キャリ
アのライフ・タイム、従ってこれも(ilと同様にIb
をIthに近づけるほど、又I、が大きいほどtdは小
となりデユーティ変動は生じない。
してデー−ティ変動が生じる。但し、τ。;注入キャリ
アのライフ・タイム、従ってこれも(ilと同様にIb
をIthに近づけるほど、又I、が大きいほどtdは小
となりデユーティ変動は生じない。
一方、(iii)については、P、 / Pb (但し
、Pp; Ib+都の電流バイアス時の半導体レーザ3
の光出力、Pb;Ibの電流バイアス時の半導体レーザ
3の光出力)で定義される。従って■b/■thが小な
るほど消光比は良い。
、Pp; Ib+都の電流バイアス時の半導体レーザ3
の光出力、Pb;Ibの電流バイアス時の半導体レーザ
3の光出力)で定義される。従って■b/■thが小な
るほど消光比は良い。
以上説明したようにm + (ii)と(iii)とは
半導体レーザ3のバイアス条件に対して背反した条件を
要する。さらζ二重導体レーザ3は温度変動によりIt
h、外部微分量子効率η=ΔP、/Δ(I、 + Ib
)が変化するため、半導体レーザ3を広い環境温度条件
で使用する場合のバイアス設定は一層複雑となる。
半導体レーザ3のバイアス条件に対して背反した条件を
要する。さらζ二重導体レーザ3は温度変動によりIt
h、外部微分量子効率η=ΔP、/Δ(I、 + Ib
)が変化するため、半導体レーザ3を広い環境温度条件
で使用する場合のバイアス設定は一層複雑となる。
Ithを直線近似した長波長InGaAsP半導体レー
ザの電流対光出力の一例・を第3図に示し、これを基に
上記問題点を定量的に説明する。条件として、光出力1
mw、τ。を2.5nS〔前記文献よりの代表値〕とす
る。高温での消光比を確医するために、工、1” I6
B o、7 xIthso℃tIp2=I60℃ ”
8 XItb6o℃の2通りについて検討する。右辺第
2項(=Ib)を大きくするほど消光比は劣化すること
は前述した。
ザの電流対光出力の一例・を第3図に示し、これを基に
上記問題点を定量的に説明する。条件として、光出力1
mw、τ。を2.5nS〔前記文献よりの代表値〕とす
る。高温での消光比を確医するために、工、1” I6
B o、7 xIthso℃tIp2=I60℃ ”
8 XItb6o℃の2通りについて検討する。右辺第
2項(=Ib)を大きくするほど消光比は劣化すること
は前述した。
第2図の近似特性例から、各温度におけるIp、 Ib
は以下の如くとなる。
は以下の如くとなる。
*;APC追従不可
例えばIp1= l5ot 0.7 xIthsot
で初期設定する場合、60°Cでは第3図からIths
ot = 40.5 + l6ot =55.5が得ら
れるからIb1=0.7XIthaoi=0.7X40
、5 = 28.3が得られる。またIpt = l6
ot Ibt= 55.5−28.3 = 27.2
が得られる。従来技術では工、1は固定であるから25
°CではIb+ = I25、− Ip1= 29.5
−27.2 = 2.3.0°CではIbt=工。、−
Ip、=23−27.2=−4,2となる。負のIbx
は流せないから光出力自動制御(APC)追従はできな
い。
で初期設定する場合、60°Cでは第3図からIths
ot = 40.5 + l6ot =55.5が得ら
れるからIb1=0.7XIthaoi=0.7X40
、5 = 28.3が得られる。またIpt = l6
ot Ibt= 55.5−28.3 = 27.2
が得られる。従来技術では工、1は固定であるから25
°CではIb+ = I25、− Ip1= 29.5
−27.2 = 2.3.0°CではIbt=工。、−
Ip、=23−27.2=−4,2となる。負のIbx
は流せないから光出力自動制御(APC)追従はできな
い。
以上説明したように、半導体レーザ3を広い環境温度条
件下で使用する場合、従来広く用いられてきた変調電流
は固定、直流バイアス電流のみ制御する手法を採用して
はジッタ、デユーティ変動、消光比を同時に満足するこ
とは困難である。
件下で使用する場合、従来広く用いられてきた変調電流
は固定、直流バイアス電流のみ制御する手法を採用して
はジッタ、デユーティ変動、消光比を同時に満足するこ
とは困難である。
従って一つの解決策として、個々の半導体レーザ3の温
度対光出力特性を予め測定し、温度検出を行い、測定結
果により既知のI、 4度特性を付加する方法も考えら
れる。しかしながら、この方法の欠点は(i)各半導体
レーザの温度対光出力特性を予め測定する必要がある、
(II)変調電流制御がオーブン・ループであるため外
部微分量子効率が経年変化した場合は光出力が一定とな
らないという欠点がある。
度対光出力特性を予め測定し、温度検出を行い、測定結
果により既知のI、 4度特性を付加する方法も考えら
れる。しかしながら、この方法の欠点は(i)各半導体
レーザの温度対光出力特性を予め測定する必要がある、
(II)変調電流制御がオーブン・ループであるため外
部微分量子効率が経年変化した場合は光出力が一定とな
らないという欠点がある。
この発明の目的は半導体レーザを広い環境温度条件下で
使用する場合に問題となるジッタ、デー−ティ変動、消
光比への要求条件を同時に満足する半導体レーザの光出
力自動制御装置を提供することにある。
使用する場合に問題となるジッタ、デー−ティ変動、消
光比への要求条件を同時に満足する半導体レーザの光出
力自動制御装置を提供することにある。
「課題を解決するための手段」
この発明によれば半導体レーザの周囲温度が温度検出回
路部で検出され、その検出された温度情報から半導体レ
ーザの発振しきい値電流の変化量に対応した直流バイア
ス電流制御電流が直流バイアス制御回路より発生されて
駆動回路へ供給される。また半導体レーザの光出力がモ
ニタ用受光素子で受光され、その光出力モニタ情報から
半導体レーザの変調電流振幅を、光出力が一定となるよ
うに制御する変調電流バイアス制御電流が変調電流バイ
アス制御回路より発生されて駆動回路へ供給される。直
流バイアス制御回路による制御系のループ応答時間が、
変調電流バイアス制御回路による制御系のループ応答時
間よりも早くされている。
路部で検出され、その検出された温度情報から半導体レ
ーザの発振しきい値電流の変化量に対応した直流バイア
ス電流制御電流が直流バイアス制御回路より発生されて
駆動回路へ供給される。また半導体レーザの光出力がモ
ニタ用受光素子で受光され、その光出力モニタ情報から
半導体レーザの変調電流振幅を、光出力が一定となるよ
うに制御する変調電流バイアス制御電流が変調電流バイ
アス制御回路より発生されて駆動回路へ供給される。直
流バイアス制御回路による制御系のループ応答時間が、
変調電流バイアス制御回路による制御系のループ応答時
間よりも早くされている。
「作 用」
直流バイアス制御回路による自動制御と、変調電流バイ
アス制御回路による自動制御とがなされ、直流バイアス
制御回路の制御により発振しきい値電流Ithと直流バ
イアス電流Ibとの比が一定となるように制御されて光
出力が一定に保持される。
アス制御回路による自動制御とがなされ、直流バイアス
制御回路の制御により発振しきい値電流Ithと直流バ
イアス電流Ibとの比が一定となるように制御されて光
出力が一定に保持される。
同時に変調電流バイアス制御回路の制御により半導体レ
ーザの変調電流振幅が制御されて光出力が一定とされる
。
ーザの変調電流振幅が制御されて光出力が一定とされる
。
近年の半導体レーザの製造技術、スクリーニング手法(
昭和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会N
α275)の進展により、発振しきい値電流の経年劣化
は無視し得る状況になったことにこの発明は着目したも
のである。
昭和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会N
α275)の進展により、発振しきい値電流の経年劣化
は無視し得る状況になったことにこの発明は着目したも
のである。
「実施例」
第1図にこの発明の実施例を示し、第2図と対応する部
分には同一符号を付けである。この発明では半導体レー
ザ3の周囲温度が温度検出回路部12で検出され、その
検出された温度情報は引き算回路13で参照用電圧発生
回路14からの参照電圧と引き算され、その引き算出力
が直流バイアス制御回路11へ供給され、直流バイアス
制御回路11から半導体レーザ3の発振しきい値電流の
変化量に対応した直流バイアス電流制御電流が発生され
て駆動回路2へ供給され、半導体レーザ3の直流バイア
ス電流Ibが制御され、Ib/Ithが一定になるよう
にされる。
分には同一符号を付けである。この発明では半導体レー
ザ3の周囲温度が温度検出回路部12で検出され、その
検出された温度情報は引き算回路13で参照用電圧発生
回路14からの参照電圧と引き算され、その引き算出力
が直流バイアス制御回路11へ供給され、直流バイアス
制御回路11から半導体レーザ3の発振しきい値電流の
変化量に対応した直流バイアス電流制御電流が発生され
て駆動回路2へ供給され、半導体レーザ3の直流バイア
ス電流Ibが制御され、Ib/Ithが一定になるよう
にされる。
更に引き算回路9の出力は直流バイアス制御回路ではな
く変調電流バイアス制御回路15−\供給され、変調電
流バイアス制御回路15から変調電流バイアス制御電流
が発生されて駆動回路2へ供給され、半導体レーザ3の
変調電流振幅が側副されて半導体レーザ3の光出力が一
定になるよう(ニされる。
く変調電流バイアス制御回路15−\供給され、変調電
流バイアス制御回路15から変調電流バイアス制御電流
が発生されて駆動回路2へ供給され、半導体レーザ3の
変調電流振幅が側副されて半導体レーザ3の光出力が一
定になるよう(ニされる。
直流バイアス制御回路11による制御系のループ応答時
間が、変調電流バイアス制御回路15による制御系のル
ープ応答時間よりも早くされる。
間が、変調電流バイアス制御回路15による制御系のル
ープ応答時間よりも早くされる。
このような構成の効果として、第3図に示した近似特性
例において、1従来の技術、の項と同じ条件下での各温
度条件におけるI、 、 Ibを求めることで評価する
こととする。但し半導体レーザ3の材料組成に固有な定
数(特性温度と呼ばれる)ToによるIth制御が理想
的に実現できた場合な仮この結果から明らかなように従
来技術と比べて、())消光比の点で安定である、Ib
/ Ith = 0.7 +=段設定てもOoCでAP
C追従可、 (fl) Ib/ Ith =一定のため、ジッタの劣
化が無い、011)低@領域での発光遅れ時間を小さく
できる、の改善があり、広い温度条件下での半導体レー
ザの光出力自動制御(APC)が実現できる。
例において、1従来の技術、の項と同じ条件下での各温
度条件におけるI、 、 Ibを求めることで評価する
こととする。但し半導体レーザ3の材料組成に固有な定
数(特性温度と呼ばれる)ToによるIth制御が理想
的に実現できた場合な仮この結果から明らかなように従
来技術と比べて、())消光比の点で安定である、Ib
/ Ith = 0.7 +=段設定てもOoCでAP
C追従可、 (fl) Ib/ Ith =一定のため、ジッタの劣
化が無い、011)低@領域での発光遅れ時間を小さく
できる、の改善があり、広い温度条件下での半導体レー
ザの光出力自動制御(APC)が実現できる。
但し2重APC系であるため、各APCループ応答時間
に差をつけ、直流バイアス制御系を収束後、変調電流制
御系を収束させる必要のあることは言うまでもない。
に差をつけ、直流バイアス制御系を収束後、変調電流制
御系を収束させる必要のあることは言うまでもない。
なお、この光出力自動制御はピーク検出形でなく、モニ
タ光の平均値検出により変調電流制御が可能なため、モ
ニタ用受光素子7を含むフィードバック回路系が広帯域
の必要が無く、自己発振不安定性の問題も無い。
タ光の平均値検出により変調電流制御が可能なため、モ
ニタ用受光素子7を含むフィードバック回路系が広帯域
の必要が無く、自己発振不安定性の問題も無い。
さらに、万一、経年変化により発振しきい値電流が増加
する素子であっても変調電流制御系ループにより光出力
は一定に作たれる。
する素子であっても変調電流制御系ループにより光出力
は一定に作たれる。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明は半導体レーザの光出力
自動制御装置において、直流バイアス電流、変調電流を
独立に自動制御する構成であるから、 (1)半導体レーザの光出力自動制御を、広い環境視度
条件下でジッタ、デユーティ変動、消光比を劣化させる
ことな〈実施可能である、(11)受光素子、フィード
バック回路は広帯域性の必要が無い、 (iH)外部微分量子効率の経年・温度変動に対しても
制御可能である、 Gv)各半導体レーザの温度−光出力特性を予め測定す
る必要が無い、 (■)直流バイアス電流制御回路11を6特願昭61−
283799.に記載の如く関数発生器で構成すれば、
任意の温度対直流バイアス電流特性を設定可能なため、
より精密、より広範囲な環境温度条件下でも光出力自動
制御が可能となる、 (vi)半導体レーザの発振しきい値電流が経年劣化し
ても光出力は一定に呆れる。劣化率が50%以下の場合
、ジッタ、消光比変動共に従来法よりも小さい、 &i1通常の半導体レーザでは、60°C付近以上では
特性温度T。が小さく、Ithがソフト化する傾向にあ
るが、第3図の例で室温でのT。を用いて、0.8 X
Ith2stに初期設定すると60°Cでの直流バイ
アスは、0.74 X Ithsotとなり、従って消
光比の点からは却って望ましく、ジッタ、発光遅れ時間
の劣化は無い、 υ11)近年、低価格化半導体レーザモジュールはチッ
プ出力を1〜3rrrw程度と従来の通信用レーザに比
べて低出力条件下で使用する、従ってIthの経年劣化
はますます無視し得る状況となりつつある、 の利点があり、半導体レーザな用いた光伝送装置の経済
化に有効である。
自動制御装置において、直流バイアス電流、変調電流を
独立に自動制御する構成であるから、 (1)半導体レーザの光出力自動制御を、広い環境視度
条件下でジッタ、デユーティ変動、消光比を劣化させる
ことな〈実施可能である、(11)受光素子、フィード
バック回路は広帯域性の必要が無い、 (iH)外部微分量子効率の経年・温度変動に対しても
制御可能である、 Gv)各半導体レーザの温度−光出力特性を予め測定す
る必要が無い、 (■)直流バイアス電流制御回路11を6特願昭61−
283799.に記載の如く関数発生器で構成すれば、
任意の温度対直流バイアス電流特性を設定可能なため、
より精密、より広範囲な環境温度条件下でも光出力自動
制御が可能となる、 (vi)半導体レーザの発振しきい値電流が経年劣化し
ても光出力は一定に呆れる。劣化率が50%以下の場合
、ジッタ、消光比変動共に従来法よりも小さい、 &i1通常の半導体レーザでは、60°C付近以上では
特性温度T。が小さく、Ithがソフト化する傾向にあ
るが、第3図の例で室温でのT。を用いて、0.8 X
Ith2stに初期設定すると60°Cでの直流バイ
アスは、0.74 X Ithsotとなり、従って消
光比の点からは却って望ましく、ジッタ、発光遅れ時間
の劣化は無い、 υ11)近年、低価格化半導体レーザモジュールはチッ
プ出力を1〜3rrrw程度と従来の通信用レーザに比
べて低出力条件下で使用する、従ってIthの経年劣化
はますます無視し得る状況となりつつある、 の利点があり、半導体レーザな用いた光伝送装置の経済
化に有効である。
第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
モニタ光により半導体レーザの直流バイアス電流のみを
制御する従来の光出力自動制御装置を示すブロック図、
第3図は発振しきい値電流を直線近似した半導体レーザ
の全駆動電流対光出力特性例を示す図である。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 草 野 卓オ 1
図 申 2 囲 木 3 図
モニタ光により半導体レーザの直流バイアス電流のみを
制御する従来の光出力自動制御装置を示すブロック図、
第3図は発振しきい値電流を直線近似した半導体レーザ
の全駆動電流対光出力特性例を示す図である。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 草 野 卓オ 1
図 申 2 囲 木 3 図
Claims (2)
- (1)半導体レーザが駆動回路により発振制御され、そ
の半導体レーザの光出力を自動的に一定に保持する光出
力自動制御装置において、 上記半導体レーザの周囲温度を検出する温度検出回路部
と、 その温度検出回路部から得られる温度精度から上記半導
体レーザの発振しきい値電流の変化量に対応した直流バ
イアス電流制御電流を発生して上記駆動回路へ供給する
直流バイアス制御回路と、 上記半導体レーザの光出力を受光するモニタ用受光素子
と、 そのモニタ用受光素子より得られる光出力モニタ情報か
ら上記半導体レーザの変調電流振幅を、光出力が一定と
なるように制御する変調電流バイアス制御電流を発生し
て上記駆動回路へ供給する変調電流バイアス制御回路と
を具備する半導体レーザの光出力自動制御装置。 - (2)上記直流バイアス制御回路による制御系のループ
応答時間が、上記変調電流バイアス制御回路による制御
系のループ応答時間よりも早くされていることを特徴と
する請求項1に記載の半導体レーザの光出力自動制御装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP913088A JPH01183872A (ja) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | 半導体レーザの光出力自動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP913088A JPH01183872A (ja) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | 半導体レーザの光出力自動制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01183872A true JPH01183872A (ja) | 1989-07-21 |
Family
ID=11712046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP913088A Pending JPH01183872A (ja) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | 半導体レーザの光出力自動制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01183872A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6993459B2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-01-31 | Tellabs Operations, Inc. | Extinction ratio calculation and control of a laser |
CN101776573A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 一种镀银纳米光纤探头及其制造方法 |
JP2010157662A (ja) * | 2009-01-05 | 2010-07-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザダイオード駆動回路及びレーザダイオード駆動方法 |
-
1988
- 1988-01-18 JP JP913088A patent/JPH01183872A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6993459B2 (en) * | 2001-07-17 | 2006-01-31 | Tellabs Operations, Inc. | Extinction ratio calculation and control of a laser |
JP2010157662A (ja) * | 2009-01-05 | 2010-07-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザダイオード駆動回路及びレーザダイオード駆動方法 |
CN101776573A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-07-14 | 华中科技大学 | 一种镀银纳米光纤探头及其制造方法 |
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