JPH06317763A - 光アイソレータ - Google Patents
光アイソレータInfo
- Publication number
- JPH06317763A JPH06317763A JP10525293A JP10525293A JPH06317763A JP H06317763 A JPH06317763 A JP H06317763A JP 10525293 A JP10525293 A JP 10525293A JP 10525293 A JP10525293 A JP 10525293A JP H06317763 A JPH06317763 A JP H06317763A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- faraday
- optical isolator
- polarization
- elements
- faraday elements
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 すぐれた温度依存性を持つ光アイソレータを
提供すること。 【構成】 光の透過方向に順に配置された偏光素子２
ａ、２以上のファラデー素子１ａなど、偏光素子２ｂ
と、前記すべてのファラデー素子に磁界を印加するため
の磁界印加機構３から構成され、前記ファラデー素子を
透過した光の偏波面の回転角の総和が約４５°であり、
温度による回転角度の変化Δθの総和が０であるように
構成されている。さらに前記のファラデー素子は特定の
ガーネット単結晶をしている。
提供すること。 【構成】 光の透過方向に順に配置された偏光素子２
ａ、２以上のファラデー素子１ａなど、偏光素子２ｂ
と、前記すべてのファラデー素子に磁界を印加するため
の磁界印加機構３から構成され、前記ファラデー素子を
透過した光の偏波面の回転角の総和が約４５°であり、
温度による回転角度の変化Δθの総和が０であるように
構成されている。さらに前記のファラデー素子は特定の
ガーネット単結晶をしている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信や光を用いた放送
波伝送、光による計測などにおいて、光源となるレーザ
から発射された光波が、種々の原因で光源に戻ることを
防ぐために用いる光アイソレータに関するものである。
波伝送、光による計測などにおいて、光源となるレーザ
から発射された光波が、種々の原因で光源に戻ることを
防ぐために用いる光アイソレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２はこの発明の背景となる従来の光ア
イソレータの一例を示す構成断面図であり、ファラデー
素子１、その両側の偏光素子２ａ，２ｂ（一般的に言う
時は２と言う。以下同じ。）と、永久磁石３とからなっ
ている。このような構成においては、ファラデー素子１
の材料の温度による回転角度の変化（以下、温度依存性
という）のために、順方向の光透過損失および逆方向の
損失特性が著しく変動する。とくに温度変化が大きい環
境での使用に際しては、特性の変化が少ない光アイソレ
ータを使うことが重要な課題となっていた。
イソレータの一例を示す構成断面図であり、ファラデー
素子１、その両側の偏光素子２ａ，２ｂ（一般的に言う
時は２と言う。以下同じ。）と、永久磁石３とからなっ
ている。このような構成においては、ファラデー素子１
の材料の温度による回転角度の変化（以下、温度依存性
という）のために、順方向の光透過損失および逆方向の
損失特性が著しく変動する。とくに温度変化が大きい環
境での使用に際しては、特性の変化が少ない光アイソレ
ータを使うことが重要な課題となっていた。
【０００３】温度依存性の小さいファラデー素子の材料
を開発することが一つの解決方法であることは言うまで
もなく、たとえば、ガドリニウム・ビスマス・鉄・ガリ
ウム・アルミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ2 Ｂ
ｉ）Ｆｅ4.5 （ＧａＡｌ）0.5Ｏ12）の温度依存性（回
転角４５°のとき温度変化による回転角度の変化の割
合）は＋０．０８°／°Ｋである（波長１．３１μｍに
おいて、以下同じ）。これに対して本発明者らはさき
に、テルビウム・ビスマス・鉄・ガーネット単結晶
（（ＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12）を開発した。この材料の
温度依存性は＋０．０４°／°Ｋと前者の１／２にまで
改善された。
を開発することが一つの解決方法であることは言うまで
もなく、たとえば、ガドリニウム・ビスマス・鉄・ガリ
ウム・アルミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ2 Ｂ
ｉ）Ｆｅ4.5 （ＧａＡｌ）0.5Ｏ12）の温度依存性（回
転角４５°のとき温度変化による回転角度の変化の割
合）は＋０．０８°／°Ｋである（波長１．３１μｍに
おいて、以下同じ）。これに対して本発明者らはさき
に、テルビウム・ビスマス・鉄・ガーネット単結晶
（（ＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12）を開発した。この材料の
温度依存性は＋０．０４°／°Ｋと前者の１／２にまで
改善された。
【０００４】温度変動による光アイソレータの特性低下
を避ける他の一つに、たとえばペルチェ素子などによっ
て光アイソレータの温度を一定に保持する方法がある。
しかしながらこの方法は、小型化の要求に逆行するだけ
でなく、コストの高騰および使用時におけるメンテナン
スの繁雑さなど多くの課題を抱えているのは事実であ
る。
を避ける他の一つに、たとえばペルチェ素子などによっ
て光アイソレータの温度を一定に保持する方法がある。
しかしながらこの方法は、小型化の要求に逆行するだけ
でなく、コストの高騰および使用時におけるメンテナン
スの繁雑さなど多くの課題を抱えているのは事実であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光ア
イソレータを、温度が大きく変化する環境や精密な測定
に使用する場合などに問題となる特性低下を解消し、す
ぐれた温度依存性をもつ光アイソレータを提供すること
にある。
イソレータを、温度が大きく変化する環境や精密な測定
に使用する場合などに問題となる特性低下を解消し、す
ぐれた温度依存性をもつ光アイソレータを提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光アイソレータ
は、光の透過方向に順に配置された第１の偏光素子と、
少なくとも２つのファラデー素子と、第２の偏光素子
と、前記少なくとも２つのファラデー素子に磁界を印加
するための磁界印加機構とから構成され、前記少なくと
も２つのファラデー素子を透過した光の偏波面の回転角
の総和が約４５°であり、かつ温度による回転角度の変
化の総和が０であることを特徴とする。
は、光の透過方向に順に配置された第１の偏光素子と、
少なくとも２つのファラデー素子と、第２の偏光素子
と、前記少なくとも２つのファラデー素子に磁界を印加
するための磁界印加機構とから構成され、前記少なくと
も２つのファラデー素子を透過した光の偏波面の回転角
の総和が約４５°であり、かつ温度による回転角度の変
化の総和が０であることを特徴とする。
【０００７】
【作用】図３に光アイソレータの機能を模式的に示す。
図の（Ａ）において、左から右に向かって入射する光
（無偏光）は、第１の偏光素子２ａを透過するとき、横
方向の振動成分は吸収され、ファラデー素子１への入射
光は上下方向の成分のみとなる。磁界を印加した状態の
ファラデー素子１によってこの入射光の偏波面は４５°
回転し、第２の偏光素子２ｂを通過する成分のみが光ア
イソレータの出射光となる。一方（Ｂ）に示すように、
逆方向（図において右側）からの入射光（無偏光）に対
しては、第２の偏光素子２ｂを通過した偏光成分がファ
ラデー素子１によって偏波面が４５°回転し、これが第
１の偏光素子２ａに入射するものの、これによって通過
が阻止される。
図の（Ａ）において、左から右に向かって入射する光
（無偏光）は、第１の偏光素子２ａを透過するとき、横
方向の振動成分は吸収され、ファラデー素子１への入射
光は上下方向の成分のみとなる。磁界を印加した状態の
ファラデー素子１によってこの入射光の偏波面は４５°
回転し、第２の偏光素子２ｂを通過する成分のみが光ア
イソレータの出射光となる。一方（Ｂ）に示すように、
逆方向（図において右側）からの入射光（無偏光）に対
しては、第２の偏光素子２ｂを通過した偏光成分がファ
ラデー素子１によって偏波面が４５°回転し、これが第
１の偏光素子２ａに入射するものの、これによって通過
が阻止される。
【０００８】ここで、環境温度が変化したとき、ファラ
デー素子１の温度依存性によって、これによる偏波面の
回転は４５°からずれた角度となる。このため第２の偏
光素子２ｂに入射した光は一部が吸収され、光アイソレ
ータとしての透過損失が大きくなる。またこのときの、
逆方向からの入射光（無偏光）に対しては、第２の偏光
素子２ｂを通過した偏光成分がファラデー回転素子１に
よって偏波面が４５°からずれて回転し、したがって第
１の偏光素２ａによって一部の光を通過させることにな
り、すべての光を阻止することはできない。
デー素子１の温度依存性によって、これによる偏波面の
回転は４５°からずれた角度となる。このため第２の偏
光素子２ｂに入射した光は一部が吸収され、光アイソレ
ータとしての透過損失が大きくなる。またこのときの、
逆方向からの入射光（無偏光）に対しては、第２の偏光
素子２ｂを通過した偏光成分がファラデー回転素子１に
よって偏波面が４５°からずれて回転し、したがって第
１の偏光素２ａによって一部の光を通過させることにな
り、すべての光を阻止することはできない。
【０００９】ここで本発明が提供する光アイソレータに
ついてその作用を説明する。用いる個々のファラデー素
子による偏波面の回転角は必ずしも等しくない（相互に
符号が異なることもありうる）が、ある温度において回
転角の総和を４５°とすることにより、用いるファラデ
ー素子を重ね合わせることによって、偏波面を４５°回
転する光アイソレータの一つの機能が満たされる。さら
に、環境温度が変化したとき、個々のファラデー素子に
よって温度依存性が異なるため、偏波面の回転角度変化
はそれぞれ異なるが、それぞれの変化分を相互に吸収
し、これらの総和を０にすることによって、光アイソレ
ータ全体としては偏波面の回転角度に温度依存性を示さ
ない。
ついてその作用を説明する。用いる個々のファラデー素
子による偏波面の回転角は必ずしも等しくない（相互に
符号が異なることもありうる）が、ある温度において回
転角の総和を４５°とすることにより、用いるファラデ
ー素子を重ね合わせることによって、偏波面を４５°回
転する光アイソレータの一つの機能が満たされる。さら
に、環境温度が変化したとき、個々のファラデー素子に
よって温度依存性が異なるため、偏波面の回転角度変化
はそれぞれ異なるが、それぞれの変化分を相互に吸収
し、これらの総和を０にすることによって、光アイソレ
ータ全体としては偏波面の回転角度に温度依存性を示さ
ない。
【００１０】
【実施例】つぎに本発明の一実施例を説明する。図１は
本発明の一実施例の光アイソレータを示す断面図であ
る。図１において、符号１ａ，１ｂ，１ｃはファラデー
素子、符号２ａ，２ｂは偏光素子、符号３は永久磁石で
ある。ファラデー素子１ａはガドリニウム・ビスマス・
鉄・ガリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇ
ｄ2 Ｂｉ）Ｆｅ4.5 （ＧａＡｌ）0. 5 Ｏ12）を、ファラ
デー素子１ｂはテルビウム・ビスマス・鉄・ガーネット
単結晶（（ＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12）を、ファラデー素
子１ｃはガドリニウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アル
ミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1.2 ）
（Ｆｅ4 Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）Ｏ12）をそれぞれ素材と
し、それぞれの透過光の偏波面の回転角度を約４５°と
してある。符号３はリング型の永久磁石で、矢印の方向
に着磁している。すなわち、リング型永久磁石の内側の
ファラデー素子には、矢印と反対方向に磁界が印加され
ている。
本発明の一実施例の光アイソレータを示す断面図であ
る。図１において、符号１ａ，１ｂ，１ｃはファラデー
素子、符号２ａ，２ｂは偏光素子、符号３は永久磁石で
ある。ファラデー素子１ａはガドリニウム・ビスマス・
鉄・ガリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇ
ｄ2 Ｂｉ）Ｆｅ4.5 （ＧａＡｌ）0. 5 Ｏ12）を、ファラ
デー素子１ｂはテルビウム・ビスマス・鉄・ガーネット
単結晶（（ＴｂＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12）を、ファラデー素
子１ｃはガドリニウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アル
ミニウム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1.2 ）
（Ｆｅ4 Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）Ｏ12）をそれぞれ素材と
し、それぞれの透過光の偏波面の回転角度を約４５°と
してある。符号３はリング型の永久磁石で、矢印の方向
に着磁している。すなわち、リング型永久磁石の内側の
ファラデー素子には、矢印と反対方向に磁界が印加され
ている。
【００１１】ファラデー素子１ａ，１ｂ，１ｃの回転角
θおよびこの回転角度の温度による変化Δθは、波長
１．３１μｍの場合は、それぞれ下記の表１に示すとお
りである。この場合素子１ａ，１ｂの透過光の回転角は
素子１ｃのそれと逆の向きである。
θおよびこの回転角度の温度による変化Δθは、波長
１．３１μｍの場合は、それぞれ下記の表１に示すとお
りである。この場合素子１ａ，１ｂの透過光の回転角は
素子１ｃのそれと逆の向きである。
【００１２】
【表１】
【００１３】図１において、左側の偏光素子２ａに入射
した光は偏光の異常光成分が吸収され、透過光は常光成
分のみとなる。この常光成分の偏光がファラデー素子１
ａを通過することによって偏波面が反時計回りに回転
し、その角度は環境温度に応じて（４５°＋Δθ1 ）と
なる（Δθは温度変動による回転角変化分）。つぎにフ
ァラデー素子１ｂを通過することによって偏波面が反時
計回りに回転し、その角度は（４５°＋Δθ2 ）とな
る。さらにファラデー素子１ｃを通過することによって
偏波面が時計回りに回転し、その角度は（４５°＋Δθ
3 ）となる。すなわち、ファラデー素子１ａ，１ｂ，１
ｃを通過することによって偏波面の回転角の総和は４５
°（＝（４５°＋Δθ1 ）＋（４５°＋Δθ2 ）−（４
５°＋Δθ3）），（Δθ1 ＋Δθ2 −Δθ3 ＝０）と
なる。
した光は偏光の異常光成分が吸収され、透過光は常光成
分のみとなる。この常光成分の偏光がファラデー素子１
ａを通過することによって偏波面が反時計回りに回転
し、その角度は環境温度に応じて（４５°＋Δθ1 ）と
なる（Δθは温度変動による回転角変化分）。つぎにフ
ァラデー素子１ｂを通過することによって偏波面が反時
計回りに回転し、その角度は（４５°＋Δθ2 ）とな
る。さらにファラデー素子１ｃを通過することによって
偏波面が時計回りに回転し、その角度は（４５°＋Δθ
3 ）となる。すなわち、ファラデー素子１ａ，１ｂ，１
ｃを通過することによって偏波面の回転角の総和は４５
°（＝（４５°＋Δθ1 ）＋（４５°＋Δθ2 ）−（４
５°＋Δθ3）），（Δθ1 ＋Δθ2 −Δθ3 ＝０）と
なる。
【００１４】本実施例においては、３つののファラデー
素子１ａ，１ｂ，１ｃを重ねて用いることにより、それ
ぞれの温度依存性が相殺され、実質的に温度依存性のな
い光アイソレータが得られた。この構成による光アイソ
レータの特性は、８０〜−２０°の温度範囲にわたっ
て、波長１．３１μｍの入射光に対して、偏波面の回転
角度は４５°で、光透過損失は順方向で０．４ｄＢ、逆
方向損失は４０ｄＢを示した。なお、光の透過方向に対
するファラデー素子の配置の順序は相互間で変更して
も、光アイソレータとしての特性や機能に変化がない。
素子１ａ，１ｂ，１ｃを重ねて用いることにより、それ
ぞれの温度依存性が相殺され、実質的に温度依存性のな
い光アイソレータが得られた。この構成による光アイソ
レータの特性は、８０〜−２０°の温度範囲にわたっ
て、波長１．３１μｍの入射光に対して、偏波面の回転
角度は４５°で、光透過損失は順方向で０．４ｄＢ、逆
方向損失は４０ｄＢを示した。なお、光の透過方向に対
するファラデー素子の配置の順序は相互間で変更して
も、光アイソレータとしての特性や機能に変化がない。
【００１５】本実施例は、３つのファラデー素子を用
い、個々のファラデー素子の偏波面の回転角が４５°の
ものについて述べたが、回転角の総和を４５°であり、
温度による回転角度の変化の総和が０であればよい。そ
の一例として２つのファラデー素子を用いた場合の例
を、波長１．３１μｍの場合について下記の表２に示
す。なおこの場合ファラデー素子１ｄの材質はテルビウ
ム・ビスマス・鉄・ガーネット単結晶（（ＴｂＢｉ）3
Ｆｅ5 Ｏ12）であり、またファラデー素子１ｅの材質は
ガドリニュウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アルミニウ
ム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1.2 ）（Ｆｅ4
Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）Ｏ12）である。
い、個々のファラデー素子の偏波面の回転角が４５°の
ものについて述べたが、回転角の総和を４５°であり、
温度による回転角度の変化の総和が０であればよい。そ
の一例として２つのファラデー素子を用いた場合の例
を、波長１．３１μｍの場合について下記の表２に示
す。なおこの場合ファラデー素子１ｄの材質はテルビウ
ム・ビスマス・鉄・ガーネット単結晶（（ＴｂＢｉ）3
Ｆｅ5 Ｏ12）であり、またファラデー素子１ｅの材質は
ガドリニュウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アルミニウ
ム・ガーネット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1.2 ）（Ｆｅ4
Ｇａ0.5 Ａｌ0.5 ）Ｏ12）である。
【００１６】
【表２】
【００１７】しかしながら、光アイソレータの透過損失
を最小にし、小型にし、製作を容易にして安く製作する
必要があることは当然であり、その観点からファラデー
素子の数が少ないことが望ましいことはいうまでもな
い。
を最小にし、小型にし、製作を容易にして安く製作する
必要があることは当然であり、その観点からファラデー
素子の数が少ないことが望ましいことはいうまでもな
い。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、ファラデー素子を少なくとも
２つ用いることにより、温度が変化しても光の順方向と
逆方向の透過損失特性が低下しないアイソレータを提供
することが可能となり、温度が大きく変化する環境や、
精密な測定に際してより信頼性が得られる。
２つ用いることにより、温度が変化しても光の順方向と
逆方向の透過損失特性が低下しないアイソレータを提供
することが可能となり、温度が大きく変化する環境や、
精密な測定に際してより信頼性が得られる。
【図１】本発明の一実施例である光アイソレータの構成
断面図。
断面図。
【図２】従来技術による光アイソレータの構成断面図。
【図３】光アイソレータの機能説明模式図。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ ファラデー素子 ２ａ，２ｂ 偏光素子 ３ 永久磁石
Claims (3)
- 【請求項１】 光の透過方向に順に配置された第１の偏
光素子と、少なくとも２つのファラデー素子と、第２の
偏光素子と、前記少なくとも２つのファラデー素子に磁
界を印加するための磁界印加機構とから構成され、前記
少なくとも２つのファラデー素子を透過した光の偏波面
の回転角の総和が約４５°であり、且つ、温度による回
転角度の変化の総和が０であることを特徴とする光アイ
ソレータ。 - 【請求項２】 前記少なくとも２つのファラデー素子の
数を３とし、この内第１のファラデー素子はガドリニウ
ム・ビスマス・鉄・ガリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト単結晶（（Ｇｄ2 Ｂｉ）Ｆｅ4.5 （ＧａＡｌ）0.5 Ｏ
12）で構成され、第２のファラデー素子はテルビウム・
ビスマス・鉄・ガーネット単結晶（（ＴｂＢｉ）3 Ｆｅ
5 Ｏ12）で構成され、第３のファラデー素子はガドリニ
ウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アルミニウム・ガーネ
ット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1. 2 ）（Ｆｅ4 Ｇａ0.5 Ａ
ｌ0.5 ）Ｏ12）で構成され、且つ、該第１，第２および
第３のファラデー素子を透過した光の偏波面の回転角度
がいづれも約４５°であることを特徴とする、請求項１
の光アイソレータ。 - 【請求項３】 前記少なくとも２つのファラデー素子の
数を２とし、この内第１のファラデー素子はテルビウム
・ビスマス・鉄・ガーネット単結晶（（ＴｂＢｉ）3 Ｆ
ｅ5 Ｏ12）で構成され、第２のファラデー素子はガドリ
ニュウム・ビスマス・鉄・ガリウム・アルミニウム・ガ
ーネット単結晶（（Ｇｄ1.8 Ｂｉ1.2）（Ｆｅ4 Ｇａ
0.5 Ａｌ0.5 ）Ｏ12）で構成され、且つ、該第１および
第２のファラデー素子を透過した光の偏波面の回転角度
がいづれも約４５°であることを特徴とする、請求項１
の光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10525293A JPH06317763A (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | 光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10525293A JPH06317763A (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | 光アイソレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317763A true JPH06317763A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=14402467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10525293A Pending JPH06317763A (ja) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | 光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06317763A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4300403A1 (de) * | 1993-01-09 | 1994-07-14 | Esselte Meto Int Gmbh | Antriebsvorrichtung für bandförmiges Material |
| WO2002014939A1 (fr) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Fdk Corporation | Dispositif de rotation faraday et dispositif optique renfermant celui-ci |
| JP2017090835A (ja) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 信越化学工業株式会社 | 光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法 |
-
1993
- 1993-05-06 JP JP10525293A patent/JPH06317763A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4300403A1 (de) * | 1993-01-09 | 1994-07-14 | Esselte Meto Int Gmbh | Antriebsvorrichtung für bandförmiges Material |
| WO2002014939A1 (fr) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Fdk Corporation | Dispositif de rotation faraday et dispositif optique renfermant celui-ci |
| US6876480B2 (en) | 2000-08-11 | 2005-04-05 | Fdk Corporation | Farady rotation device and optical device comprising it |
| US7006273B2 (en) | 2000-08-11 | 2006-02-28 | Fdk Corporation | Faraday rotation device and optical device using same |
| JP2017090835A (ja) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 信越化学工業株式会社 | 光アイソレータ及び光アイソレータの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021225 |