JPH05175597A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH05175597A JPH05175597A JP34341591A JP34341591A JPH05175597A JP H05175597 A JPH05175597 A JP H05175597A JP 34341591 A JP34341591 A JP 34341591A JP 34341591 A JP34341591 A JP 34341591A JP H05175597 A JPH05175597 A JP H05175597A
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- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高光出力及び長寿命の半導体レーザ装置を提
供する 【構成】 n型GaAs基板上にアンドープ型AlGa
InAs活性層を含む半導体層を構成する。このAlG
aInAsはその格子定数がGaAsの格子定数に比べ
て0.3〜1%大きくなるように組成比が選択されてい
る。
供する 【構成】 n型GaAs基板上にアンドープ型AlGa
InAs活性層を含む半導体層を構成する。このAlG
aInAsはその格子定数がGaAsの格子定数に比べ
て0.3〜1%大きくなるように組成比が選択されてい
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はAlGaInAsからな
る活性層をもつ半導体レーザ装置に関する。
る活性層をもつ半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs系半導体レーザ装置は波長78
0nm帯のレーザ光の出力が行え、コンパクトディスク
(CD)及び光ディスクの規格に対応できるものであ
る。図6に従来のGaAs系半導体レーザ装置の断面図
を示す。
0nm帯のレーザ光の出力が行え、コンパクトディスク
(CD)及び光ディスクの規格に対応できるものであ
る。図6に従来のGaAs系半導体レーザ装置の断面図
を示す。
【0003】斯る半導体レーザ装置はn型GaAs基板
21上にn型GaAsバッファ層22、n型Al0.4G
a0.6Asクラッド層23、アンドープ型Al0.15Ga
0.85As活性層24、ストライプ形状のリッジ部を持つ
p型Al0.4Ga0.6Asクラッド層25、そして該リッ
ジ部上にp型GaAsキャップ層26が前記GaAs基
板21のGaAsに格子整合して順次構成されている。
そして、このキャップ層26上を略除いてSiO2等の
絶縁層27が形成されており、この絶縁層27上及び該
絶縁層27が形成されていないキャップ層26上にはA
u/Crからなるp型電極28が形成されている。ま
た、n型基板21の下面にはAu/Snからなるn型電
極29が形成されている。
21上にn型GaAsバッファ層22、n型Al0.4G
a0.6Asクラッド層23、アンドープ型Al0.15Ga
0.85As活性層24、ストライプ形状のリッジ部を持つ
p型Al0.4Ga0.6Asクラッド層25、そして該リッ
ジ部上にp型GaAsキャップ層26が前記GaAs基
板21のGaAsに格子整合して順次構成されている。
そして、このキャップ層26上を略除いてSiO2等の
絶縁層27が形成されており、この絶縁層27上及び該
絶縁層27が形成されていないキャップ層26上にはA
u/Crからなるp型電極28が形成されている。ま
た、n型基板21の下面にはAu/Snからなるn型電
極29が形成されている。
【0004】しかしながら、斯る構造の半導体レーザ装
置は読み出し専用としては光出力は十分であったが、書
き込み用としては光出力が小さいため、書き込み用とし
て用いることができなかった。
置は読み出し専用としては光出力は十分であったが、書
き込み用としては光出力が小さいため、書き込み用とし
て用いることができなかった。
【0005】この問題を解決するために、例えば第50
回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1989)のp
899の28p−ZG−9には、光出力する端面に(N
H4)2S溶液処理を行い、COD(瞬時光学損傷)を防
止して高光出力化が行えたことが報告されている。
回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1989)のp
899の28p−ZG−9には、光出力する端面に(N
H4)2S溶液処理を行い、COD(瞬時光学損傷)を防
止して高光出力化が行えたことが報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように活性層にAlGaAs層を用いる半導体レーザ装
置では、光出力する端面の溶液処理によりOCDを防止
する方法を用いると、高光出力化できるが、高光出力し
た動作状態での寿命が短く、例えば50℃、40mW条
件下における1000時間の連続動作後の半導体レーザ
装置の生存率(歩留まり)が、生産工程上最低限必要な
70%を得られないといった問題があった。
ように活性層にAlGaAs層を用いる半導体レーザ装
置では、光出力する端面の溶液処理によりOCDを防止
する方法を用いると、高光出力化できるが、高光出力し
た動作状態での寿命が短く、例えば50℃、40mW条
件下における1000時間の連続動作後の半導体レーザ
装置の生存率(歩留まり)が、生産工程上最低限必要な
70%を得られないといった問題があった。
【0007】本発明は係る問題点に鑑み成されたもので
あり、高光出力状態で長寿命である半導体レーザ装置を
提供することである。
あり、高光出力状態で長寿命である半導体レーザ装置を
提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、GaAs基板上にAlGaInAs活性層を含む
半導体層を有することを特徴とする。
置は、GaAs基板上にAlGaInAs活性層を含む
半導体層を有することを特徴とする。
【0009】特に、前記AlGaInAs活性層が圧縮
歪みをもつことを特徴とし、更に、前記AlGaInA
sの格子定数が前記GaAsの格子定数に比べて0.3
〜1%大きいことを特徴とする。
歪みをもつことを特徴とし、更に、前記AlGaInA
sの格子定数が前記GaAsの格子定数に比べて0.3
〜1%大きいことを特徴とする。
【0010】
【作用】GaAs基板上にAlGaInAs活性層を構
成すると、高光出力化及び長寿命化が図れる。特に、前
記活性層が圧縮歪みをもつと効果があり、更に活性層を
構成するAlGaInAsの格子定数を基板を構成する
GaAsの格子定数に比べて0.3〜1%大きくすると
より望ましい。
成すると、高光出力化及び長寿命化が図れる。特に、前
記活性層が圧縮歪みをもつと効果があり、更に活性層を
構成するAlGaInAsの格子定数を基板を構成する
GaAsの格子定数に比べて0.3〜1%大きくすると
より望ましい。
【0011】
【実施例】本発明に係る一実施例について図面を用いて
説明する。図1は本実施例の半導体レーザ装置の断面図
であり、この共振器長は例えば500μmである。
説明する。図1は本実施例の半導体レーザ装置の断面図
であり、この共振器長は例えば500μmである。
【0012】図中、1はn型GaAs基板である。この
n型基板1の(100)面上には1μm厚のn型GaA
sバッファ層(Siドープ濃度:1×1018cm-3)
2、1μm厚のn型Al0.4Ga0.6Asクラッド層(S
iドープ濃度:3×1017〜5×1017cm-3)3がこ
の順序で格子整合する状態で形成されている。このn型
クラッド層3上にはび0.05μm厚のアンドープ型A
luGa1-uAsグレーディド層4が略格子整合するよう
に、その組成比uを0.4から0.25に連続的に変化
して形成されている。
n型基板1の(100)面上には1μm厚のn型GaA
sバッファ層(Siドープ濃度:1×1018cm-3)
2、1μm厚のn型Al0.4Ga0.6Asクラッド層(S
iドープ濃度:3×1017〜5×1017cm-3)3がこ
の順序で格子整合する状態で形成されている。このn型
クラッド層3上にはび0.05μm厚のアンドープ型A
luGa1-uAsグレーディド層4が略格子整合するよう
に、その組成比uを0.4から0.25に連続的に変化
して形成されている。
【0013】このグレーディド層4上には、100Å厚
のアンドープ型AlxGa1-x-yIn yAs活性層(以
下、アンドープ型AlGaInAs活性層という)5が
形成されている。この活性層5の格子定数は5.670
〜5.710Åであり、基板1を構成するGaAsの格
子定数(5.653Å)に比べて0.3〜1%大きくな
っている。
のアンドープ型AlxGa1-x-yIn yAs活性層(以
下、アンドープ型AlGaInAs活性層という)5が
形成されている。この活性層5の格子定数は5.670
〜5.710Åであり、基板1を構成するGaAsの格
子定数(5.653Å)に比べて0.3〜1%大きくな
っている。
【0014】この活性層5上には0.05μm厚のアン
ドープ型AluGa1-uAsグレーディド層6が略格子整
合するように、その組成比uを0.25から0.4に連
続的に変化して形成されている。そして、このグレーテ
ィッド層6上には幅約4μmそして厚み1μmのストラ
イプ形状のリッジ部7aを有するp型Al0.4Ga0.6A
sクラッド層(Beドープ濃度:5×1017〜7×10
17cm-3)7、及び0.7μm厚のp型GaAsキャッ
プ層(Beドープ濃度:1×1019cm-3)8がこの順
序で形成されている。
ドープ型AluGa1-uAsグレーディド層6が略格子整
合するように、その組成比uを0.25から0.4に連
続的に変化して形成されている。そして、このグレーテ
ィッド層6上には幅約4μmそして厚み1μmのストラ
イプ形状のリッジ部7aを有するp型Al0.4Ga0.6A
sクラッド層(Beドープ濃度:5×1017〜7×10
17cm-3)7、及び0.7μm厚のp型GaAsキャッ
プ層(Beドープ濃度:1×1019cm-3)8がこの順
序で形成されている。
【0015】そして、GaAsキャップ層8上を略除い
てSiO2またはSi3N4等の絶縁層9が形成されてお
り、この絶縁層9上及び該絶縁層9が形成されていない
キャップ層8上にはAu/Crからなるp型電極10が
形成されている。また、n型基板21の下面にはAu/
Snからなるn型電極11が形成されている。
てSiO2またはSi3N4等の絶縁層9が形成されてお
り、この絶縁層9上及び該絶縁層9が形成されていない
キャップ層8上にはAu/Crからなるp型電極10が
形成されている。また、n型基板21の下面にはAu/
Snからなるn型電極11が形成されている。
【0016】ここで、アンドープ型活性層5を構成する
AlGaInAsはその組成比x、y、格子定数a、及
びエネルギーギャップ値Egには図2に示す関係をもつ
ので、該組成比x、yを選択して前記GaAsの格子定
数より0.3〜1%大きい格子定数にでき、更にエネル
ギーギャップ値Egを波長780nm帯に対応するよう
にもできる。例えば、Al0.3Ga0.63In0.07Asか
らなる活性層をもつ半導体レーザ装置の場合、そのAl
0.3Ga0.63In0.07Asの格子定数は5.678Åと
前記GaAsの格子定数に比べて0.4%大きく、且つ
波長780nm帯の光を出力する。
AlGaInAsはその組成比x、y、格子定数a、及
びエネルギーギャップ値Egには図2に示す関係をもつ
ので、該組成比x、yを選択して前記GaAsの格子定
数より0.3〜1%大きい格子定数にでき、更にエネル
ギーギャップ値Egを波長780nm帯に対応するよう
にもできる。例えば、Al0.3Ga0.63In0.07Asか
らなる活性層をもつ半導体レーザ装置の場合、そのAl
0.3Ga0.63In0.07Asの格子定数は5.678Åと
前記GaAsの格子定数に比べて0.4%大きく、且つ
波長780nm帯の光を出力する。
【0017】また、前記グレーティッド層4、6は活性
層5に光を閉じ込める作用をしており、上述のようにグ
レーティッド層4、6及び活性層5の全層厚が出力する
光の波長の半分以上になるように設定するのがよい。
層5に光を閉じ込める作用をしており、上述のようにグ
レーティッド層4、6及び活性層5の全層厚が出力する
光の波長の半分以上になるように設定するのがよい。
【0018】次に、上記半導体レーザ装置の製造方法に
ついて図3を用いて説明する。
ついて図3を用いて説明する。
【0019】最初に、図3(a)に示すように、n型G
aAs基板1の温度650℃である条件下で、全ての半
導体層を分子線エピタキシー法(MBE法)により形成
した。即ち、最初に前記n型GaAs基板1の(10
0)面上にそれぞれ格子整合するように1μm厚のn型
GaAsバッファ層2と1μm厚のn型Al0.4Ga0.6
Asクラッド層3をこの順序で形成する。このn型クラ
ッド層3上には0.05μm厚のアンドープ型AluG
a1-uAsグレーディド層4が略格子整合するようにそ
の組成比uを0.4から0.25に連続的に変化するよ
うにMBE法により形成する。
aAs基板1の温度650℃である条件下で、全ての半
導体層を分子線エピタキシー法(MBE法)により形成
した。即ち、最初に前記n型GaAs基板1の(10
0)面上にそれぞれ格子整合するように1μm厚のn型
GaAsバッファ層2と1μm厚のn型Al0.4Ga0.6
Asクラッド層3をこの順序で形成する。このn型クラ
ッド層3上には0.05μm厚のアンドープ型AluG
a1-uAsグレーディド層4が略格子整合するようにそ
の組成比uを0.4から0.25に連続的に変化するよ
うにMBE法により形成する。
【0020】その後、このグレーディド層4上には、1
00Å厚のアンドープ型AlxGa1 -x-yInyAs活性
層5が前記GaAsの格子定数に比べて0.3〜1%大
きくなるように所望の組成比x、yでMBE法により形
成する。
00Å厚のアンドープ型AlxGa1 -x-yInyAs活性
層5が前記GaAsの格子定数に比べて0.3〜1%大
きくなるように所望の組成比x、yでMBE法により形
成する。
【0021】更に、この活性層5上には0.05μm厚
のアンドープ型AluGa1-uAsグレーディド層6が略
格子整合するようにその組成比uが0.25から0.4
に連続的に変化させて形成する。その後、このグレーデ
ィド層6上に1μm厚のp型Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層7、及び0.7μm厚のp型GaAsキャップ層8
をこの順序でMBE法により形成する。
のアンドープ型AluGa1-uAsグレーディド層6が略
格子整合するようにその組成比uが0.25から0.4
に連続的に変化させて形成する。その後、このグレーデ
ィド層6上に1μm厚のp型Al0.4Ga0.6Asクラッ
ド層7、及び0.7μm厚のp型GaAsキャップ層8
をこの順序でMBE法により形成する。
【0022】次に、図3(b)に示すように、前記p型
キャップ層8上にレジスト膜をスピンコート法により形
成した後、該レジスト膜を幅約4μmのストライプ状に
パターン化する。このパータン化したレジストパターン
膜12をマスクとして、リン酸系エッチャント(例え
ば、H3PO4:H2O2:H2O=3:1:1のモル比か
らなる溶液)により、前記p型キャップ層8及びp型ク
ラッド層7をエッチングして、該p型クラッド層7上面
にp型キャップ層8をもつストライプ形状のリッジ部7
aを形成する。その後、前記レジストパターン膜12を
除去する。
キャップ層8上にレジスト膜をスピンコート法により形
成した後、該レジスト膜を幅約4μmのストライプ状に
パターン化する。このパータン化したレジストパターン
膜12をマスクとして、リン酸系エッチャント(例え
ば、H3PO4:H2O2:H2O=3:1:1のモル比か
らなる溶液)により、前記p型キャップ層8及びp型ク
ラッド層7をエッチングして、該p型クラッド層7上面
にp型キャップ層8をもつストライプ形状のリッジ部7
aを形成する。その後、前記レジストパターン膜12を
除去する。
【0023】続いて、図示しないが、前記p型キャップ
層8及びp型クラッド層7上に層厚0.2〜0.5μm
厚のSiO2、またはSi3N4等の絶縁膜9を熱CVD
法、スパッタリング法等により形成する。その後、前記
p型キャップ層8の上面に形成された絶縁層9を除去し
て該p型キャップ層8の上面を露出した後、この露出し
たp型キャップ層8の上面及び絶縁層9全域にAu/C
rからなるp型電極10を形成すると共にn型GaAs
基板1の下面にAu/Snからなるn型電極11を形成
する。
層8及びp型クラッド層7上に層厚0.2〜0.5μm
厚のSiO2、またはSi3N4等の絶縁膜9を熱CVD
法、スパッタリング法等により形成する。その後、前記
p型キャップ層8の上面に形成された絶縁層9を除去し
て該p型キャップ層8の上面を露出した後、この露出し
たp型キャップ層8の上面及び絶縁層9全域にAu/C
rからなるp型電極10を形成すると共にn型GaAs
基板1の下面にAu/Snからなるn型電極11を形成
する。
【0024】その後、前記基板1をへき開して図1に示
す半導体レーザ装置が完成する。尚、上述では半導体層
をMBE法で形成したが、有機金属気相成長法(MOC
VD)法で形成してもよい。
す半導体レーザ装置が完成する。尚、上述では半導体層
をMBE法で形成したが、有機金属気相成長法(MOC
VD)法で形成してもよい。
【0025】斯る半導体レーザ装置は、例えば図4に活
性層が格子定数5.678ÅのAl 0.3Ga0.63In
0.07Asからなる場合の電流−光出力特性を示すよう
に、閾値電流が低減すると共にCOD破壊が200mW
においても発生せず、高光出力が行えた。
性層が格子定数5.678ÅのAl 0.3Ga0.63In
0.07Asからなる場合の電流−光出力特性を示すよう
に、閾値電流が低減すると共にCOD破壊が200mW
においても発生せず、高光出力が行えた。
【0026】また、図5に温度50℃、光出力40mW
条件下における1000時間の連続動作後の半導体レー
ザ装置の生存率(歩留まり)と、基板に用いられるGa
Asの格子定数(5.653Å)に対するAlxGa
1-x-yInyAsの格子定数の比の関係を示す。但し、光
出力する端面のうち、前面に反射率7%、後面に反射率
80%のコーティングを施している。
条件下における1000時間の連続動作後の半導体レー
ザ装置の生存率(歩留まり)と、基板に用いられるGa
Asの格子定数(5.653Å)に対するAlxGa
1-x-yInyAsの格子定数の比の関係を示す。但し、光
出力する端面のうち、前面に反射率7%、後面に反射率
80%のコーティングを施している。
【0027】この図から、前記格子定数の比が1.00
3以上かつ1.010以下、即ち前記GaAsの格子定
数に比べて0.3〜1.0%大きい格子定数を持つAl
GaInAsからなる活性層を有する本発明の半導体レ
ーザ装置の場合に生存比が70%以上になり、特に該比
が1.005以上かつ1.008以下の場合に生存率が
85%となることが判る。
3以上かつ1.010以下、即ち前記GaAsの格子定
数に比べて0.3〜1.0%大きい格子定数を持つAl
GaInAsからなる活性層を有する本発明の半導体レ
ーザ装置の場合に生存比が70%以上になり、特に該比
が1.005以上かつ1.008以下の場合に生存率が
85%となることが判る。
【0028】このように、上記半導体レーザ装置は、G
aAs基板上にAlGaInAs活性層を構成し、この
活性層を構成するAlGaInAsの組成比を選択して
AlGaInAsの格子定数を基板を構成するGaAs
の格子定数に比べて0.3〜1%大きくすることによ
り、前記活性層に圧縮歪を生じさせて、エネルギバンド
構造を変化させることができるので、高光出力化、長寿
命化、及び低閾値化が実現できる。更に、前記AlGa
InAsの組成比を選択して高光出力化、長寿命化、及
び低閾値化の他、所望の波長、例えば波長780nm帯
の光出力が可能である。
aAs基板上にAlGaInAs活性層を構成し、この
活性層を構成するAlGaInAsの組成比を選択して
AlGaInAsの格子定数を基板を構成するGaAs
の格子定数に比べて0.3〜1%大きくすることによ
り、前記活性層に圧縮歪を生じさせて、エネルギバンド
構造を変化させることができるので、高光出力化、長寿
命化、及び低閾値化が実現できる。更に、前記AlGa
InAsの組成比を選択して高光出力化、長寿命化、及
び低閾値化の他、所望の波長、例えば波長780nm帯
の光出力が可能である。
【0029】尚、上記実施例では基板はn型GaAsで
構成されているが、p型GaAsでもよい。但し、p型
GaAs基板の場合は、クラッド層、キャップ層も上述
と逆の導電型にする必要がある。
構成されているが、p型GaAsでもよい。但し、p型
GaAs基板の場合は、クラッド層、キャップ層も上述
と逆の導電型にする必要がある。
【0030】また、活性層はpまたn型の導電型でもよ
いが、上述のようにアンドープ型である場合に、特に高
出力化できる。
いが、上述のようにアンドープ型である場合に、特に高
出力化できる。
【0031】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置は、GaAs
基板上にAlGaInAs活性層を構成するので、高光
出力化、及び長寿命化が図れる。更に、前記活性層が圧
縮歪みをもつと効果がある。特に活性層を構成するAl
GaInAsの格子定数を基板を構成するGaAsの格
子定数に比べて0.3〜1%大きくすることにより、前
記活性層に圧縮歪が加わり、高光出力化及び長寿命化が
実現できる。
基板上にAlGaInAs活性層を構成するので、高光
出力化、及び長寿命化が図れる。更に、前記活性層が圧
縮歪みをもつと効果がある。特に活性層を構成するAl
GaInAsの格子定数を基板を構成するGaAsの格
子定数に比べて0.3〜1%大きくすることにより、前
記活性層に圧縮歪が加わり、高光出力化及び長寿命化が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例の半導体レーザ装置の断
面図である。
面図である。
【図2】本発明に係る半導体レーザ装置の活性層を構成
するAlxGa1-x-yInyAsの組成比x、y、格子定
数a、及びエネルギーギャップEgの関係を示す図であ
る。
するAlxGa1-x-yInyAsの組成比x、y、格子定
数a、及びエネルギーギャップEgの関係を示す図であ
る。
【図3】上記実施例の半導体レーザ装置の製造工程を示
す行程図である。
す行程図である。
【図4】上記実施例の半導体レーザ装置の電流−光出力
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図5】基板を構成するGaAsの格子定数に対する活
性層を構成するAlxGa1-x-yInyAsの格子定数の
比と半導体レーザ装置の生存率の関係を示す図である。
性層を構成するAlxGa1-x-yInyAsの格子定数の
比と半導体レーザ装置の生存率の関係を示す図である。
【図6】従来例の半導体レーザ装置の断面図である。
1 基板 5 活性層
Claims (3)
- 【請求項1】 GaAs基板上にAlGaInAs活性
層を含む半導体層を有することを特徴とする半導体レー
ザ装置。 - 【請求項2】 前記AlGaInAs活性層が圧縮歪み
をもつことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装
置。 - 【請求項3】 前記AlGaInAsの格子定数が前記
GaAsの格子定数に比べて0.3〜1%大きいことを
特徴とする請求項2記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34341591A JPH05175597A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34341591A JPH05175597A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05175597A true JPH05175597A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18361339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34341591A Pending JPH05175597A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05175597A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3340405A1 (en) | 2016-12-15 | 2018-06-27 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor laser, light source unit, communication system, and wavelength division multiplexing optical communication system |
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1991
- 1991-12-25 JP JP34341591A patent/JPH05175597A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3340405A1 (en) | 2016-12-15 | 2018-06-27 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor laser, light source unit, communication system, and wavelength division multiplexing optical communication system |
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