JPH07120978B2 - 光ｐｌｌ回路 - Google Patents
光ｐｌｌ回路Info
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- JPH07120978B2 JPH07120978B2 JP63035110A JP3511088A JPH07120978B2 JP H07120978 B2 JPH07120978 B2 JP H07120978B2 JP 63035110 A JP63035110 A JP 63035110A JP 3511088 A JP3511088 A JP 3511088A JP H07120978 B2 JPH07120978 B2 JP H07120978B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は超高速の光中継装置，光端局装置や光信号処理
において必要とされる同期用のクロック光パルスを抽
出，発生させる光PLL回路に関する。
において必要とされる同期用のクロック光パルスを抽
出，発生させる光PLL回路に関する。
（従来の技術とその問題点） ディジタル光ファイバ伝送において従来用いられている
PLL回路の基本的な構成を第１図に示す。ここで101は信
号光入力部、102は受光素子、103は狭帯域フィルタ、10
4は位相比較器、105は低域フィルタ、106は電圧制御発
振器（VCO）、107は電気クロック出力端子である。この
PLL回路はすべて電気回路により構成されている。すな
わちこのPLL回路を用いて、信号光パルス列のクロック
周波数と等しい繰り返し周波数のクロックを得るには、
光信号パルスを高速の受光素子102により、一旦高速の
電気信号に変換し、その信号を高速の位相比較器を有す
る電気系のPLL回路（103〜106）に入力する必要があっ
た。
PLL回路の基本的な構成を第１図に示す。ここで101は信
号光入力部、102は受光素子、103は狭帯域フィルタ、10
4は位相比較器、105は低域フィルタ、106は電圧制御発
振器（VCO）、107は電気クロック出力端子である。この
PLL回路はすべて電気回路により構成されている。すな
わちこのPLL回路を用いて、信号光パルス列のクロック
周波数と等しい繰り返し周波数のクロックを得るには、
光信号パルスを高速の受光素子102により、一旦高速の
電気信号に変換し、その信号を高速の位相比較器を有す
る電気系のPLL回路（103〜106）に入力する必要があっ
た。
そのため、光クロックの抽出，発生回路の動作速度は、
受光素子及びPLL回路中の電気回路特に位相比較器の動
作速度により制限されており、現状では、高々10Gb/s程
度が上限である。
受光素子及びPLL回路中の電気回路特に位相比較器の動
作速度により制限されており、現状では、高々10Gb/s程
度が上限である。
従って、受光素子や電気回路の速度制限を受けない超高
速の光PLL回路が求められていた。
速の光PLL回路が求められていた。
（発明の目的） 本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高速の電
気信号を介することなく簡易な構成で数10Gb/s以上で動
作することのできる光PLL回路を提供することを目的と
する。
気信号を介することなく簡易な構成で数10Gb/s以上で動
作することのできる光PLL回路を提供することを目的と
する。
（発明の構成） 第２図は本発明の基本構成を示す図であり、201は信号
光入力部、202は光増幅器、203は受光素子（PD）、204
はバンドパスフィルタ（BPF）、205は周波数弁別器、20
6は電圧制御発振器（VCO）、207は高安定発振器、208は
直流入力端子、209はミキサ、210はクロック光パルスを
発生する光パルス発生部、211は出力光端子である。
光入力部、202は光増幅器、203は受光素子（PD）、204
はバンドパスフィルタ（BPF）、205は周波数弁別器、20
6は電圧制御発振器（VCO）、207は高安定発振器、208は
直流入力端子、209はミキサ、210はクロック光パルスを
発生する光パルス発生部、211は出力光端子である。
本発明は、信号光パルス列が光増幅器202のバイアスに
重畳された微小正弦信号によって増幅及び変調され、こ
れによって信号パルス列の繰り返し周波数と微小正弦波
との周波数差に相当する低周波の光強度変化を検出する
受光素子203と、この周波数差に相当する周波数付近の
信号のみを透過するバンドパスフィルタ（BPF）204と、
BPF204の出力の周波数変化を電圧変化に変換する周波数
弁別器205と、周波数弁別器206の出力電圧によって発振
周波数が制御されるVCO206と、低周波△ｆで発振する発
振器207と、DC入力端子208と、DC入力端子208に得られ
る直流電圧DCとVCO206の出力及び発振器207の出力を混
合するミキサ209と、発振器207の発振周波数と同じ繰り
返しのクロック光パルスを出力する光パルス発生部210
と、出力光端子211とからなることを特徴とする。
重畳された微小正弦信号によって増幅及び変調され、こ
れによって信号パルス列の繰り返し周波数と微小正弦波
との周波数差に相当する低周波の光強度変化を検出する
受光素子203と、この周波数差に相当する周波数付近の
信号のみを透過するバンドパスフィルタ（BPF）204と、
BPF204の出力の周波数変化を電圧変化に変換する周波数
弁別器205と、周波数弁別器206の出力電圧によって発振
周波数が制御されるVCO206と、低周波△ｆで発振する発
振器207と、DC入力端子208と、DC入力端子208に得られ
る直流電圧DCとVCO206の出力及び発振器207の出力を混
合するミキサ209と、発振器207の発振周波数と同じ繰り
返しのクロック光パルスを出力する光パルス発生部210
と、出力光端子211とからなることを特徴とする。
本発明における光増幅器202においては、この光増幅器2
02に加えられる電気信号の強度に比例して光の増幅度が
変化する。光増幅器202においてはf0の繰り返し周波数
を有する信号光パルスと、繰り返し周波数がf0より僅か
に異なる（f0＋△ｆ）の繰り返し周波数を有する電気正
弦波が直流バイアスDCに重畳された信号を入力し、（f0
＋△ｆ）によって微小変調された繰り返しf0の光パルス
列を出力する。受光素子203においては、両者の周波数
差に対応した周波数△ｆの十分低速の電気信号を出力す
る。バンドパスフィルタ204では△ｆ付近以外の余分な
周波数成分が取り除かれる。周波数弁別器205において
は入力信号の周波数変化に応じてその出力電圧が変化す
る。従って、信号光パルスの繰り返し周波数f0にゆらぎ
が生じた場合、△ｆ成分にゆらぎが生じ、そのゆらぎに
応じた出力電圧の変化が生じる。この出力電圧がVCO206
に印加され、VOC206の発振周波数を制御して入力光パル
スの繰り返し周波数f0に等しくする。その結果クロック
光パルス発生部211からは入力信号パルスの繰り返し周
波数f0と同じ繰り返し周波数f0の光パルスが出力される
ことになる。
02に加えられる電気信号の強度に比例して光の増幅度が
変化する。光増幅器202においてはf0の繰り返し周波数
を有する信号光パルスと、繰り返し周波数がf0より僅か
に異なる（f0＋△ｆ）の繰り返し周波数を有する電気正
弦波が直流バイアスDCに重畳された信号を入力し、（f0
＋△ｆ）によって微小変調された繰り返しf0の光パルス
列を出力する。受光素子203においては、両者の周波数
差に対応した周波数△ｆの十分低速の電気信号を出力す
る。バンドパスフィルタ204では△ｆ付近以外の余分な
周波数成分が取り除かれる。周波数弁別器205において
は入力信号の周波数変化に応じてその出力電圧が変化す
る。従って、信号光パルスの繰り返し周波数f0にゆらぎ
が生じた場合、△ｆ成分にゆらぎが生じ、そのゆらぎに
応じた出力電圧の変化が生じる。この出力電圧がVCO206
に印加され、VOC206の発振周波数を制御して入力光パル
スの繰り返し周波数f0に等しくする。その結果クロック
光パルス発生部211からは入力信号パルスの繰り返し周
波数f0と同じ繰り返し周波数f0の光パルスが出力される
ことになる。
本発明は、受光素子を用いて高速の光信号を電気信号に
変換しておらず、高速の電気回路を必要としない構成と
した点が従来の技術とは異なり、このため受光素子，電
気回路等の動作速度の制限を受けない数10Gb/s以上にも
及ぶ極めて高速動作の光PLL回路を簡易な構成で実現可
能とした点に特徴がある。
変換しておらず、高速の電気回路を必要としない構成と
した点が従来の技術とは異なり、このため受光素子，電
気回路等の動作速度の制限を受けない数10Gb/s以上にも
及ぶ極めて高速動作の光PLL回路を簡易な構成で実現可
能とした点に特徴がある。
（実施例１） 第３図は本発明の第１の実施例を示す図であり、301は
信号光入力部、302は両端面を無反射コーティングした
半導体レーザを用いた増幅器、303は受光素子（PD）、3
04はバンドパスフィルタ（BPF）、305は周波数弁別器
（DISC）、306は電圧制御発振器（VCO）、307は高安定
発振器、308は周波数ミキサ（MIX）、309はDCバイアス
を供給する直流電源、310は直流信号に交流信号を重畳
するバイアスＴ、311は光パルス発生部、312は増幅器、
313はバイアスＴ、314は直流電源（DC）、315は半導体
レーザ（LD）、316は出力光端子、317はハーフミラーで
ある。この実施例の動作を以下に説明する。まず、光増
幅器302にはＡに示すような光パルス信号列が入射す
る。このパルス列の繰り返し周波数はf0である。一方、
VCO306と発振周波数△ｆの発振器307の各出力がミキサ3
08によって混合され、さらにバイアスT310によって直流
電流が重畳されて得られるＢに示すような電流波形が光
増幅器302の電気入力に入力される。この電流波形の交
流成分は信号光パルスの繰り返し周波数f0より△ｆだけ
異なるf0＋△ｆ（またはf0−△ｆ）となっている。従っ
て、増幅された出力光パルス列ではＣに示すように包絡
線が△ｆの周期で強度変動する。発振器307に発振周波
数にゆらぎがないものを用いたとき、入射光パルスの繰
り返し周波数f0のゆらぎはそのまま△ｆのゆらぎとな
る。この出力光パルスは受光素子303で受光され、その
出力の△ｆ成分がBPF304で取り出される。この△ｆ成分
は周波数弁別器305によって周波数弁別される。
信号光入力部、302は両端面を無反射コーティングした
半導体レーザを用いた増幅器、303は受光素子（PD）、3
04はバンドパスフィルタ（BPF）、305は周波数弁別器
（DISC）、306は電圧制御発振器（VCO）、307は高安定
発振器、308は周波数ミキサ（MIX）、309はDCバイアス
を供給する直流電源、310は直流信号に交流信号を重畳
するバイアスＴ、311は光パルス発生部、312は増幅器、
313はバイアスＴ、314は直流電源（DC）、315は半導体
レーザ（LD）、316は出力光端子、317はハーフミラーで
ある。この実施例の動作を以下に説明する。まず、光増
幅器302にはＡに示すような光パルス信号列が入射す
る。このパルス列の繰り返し周波数はf0である。一方、
VCO306と発振周波数△ｆの発振器307の各出力がミキサ3
08によって混合され、さらにバイアスT310によって直流
電流が重畳されて得られるＢに示すような電流波形が光
増幅器302の電気入力に入力される。この電流波形の交
流成分は信号光パルスの繰り返し周波数f0より△ｆだけ
異なるf0＋△ｆ（またはf0−△ｆ）となっている。従っ
て、増幅された出力光パルス列ではＣに示すように包絡
線が△ｆの周期で強度変動する。発振器307に発振周波
数にゆらぎがないものを用いたとき、入射光パルスの繰
り返し周波数f0のゆらぎはそのまま△ｆのゆらぎとな
る。この出力光パルスは受光素子303で受光され、その
出力の△ｆ成分がBPF304で取り出される。この△ｆ成分
は周波数弁別器305によって周波数弁別される。
第４図は周波数弁別回路の動作特性例を示したグラフで
ある。△ｆがある一定値△f0をとるとき、出力電圧Ｖが
V0となり、△f1（＞△f0）のとき出力はV1（＞V0）、△
f2（＞△f0）のとき出力はV2（＜V0）となる。この出力
がVCO306に入力される。
ある。△ｆがある一定値△f0をとるとき、出力電圧Ｖが
V0となり、△f1（＞△f0）のとき出力はV1（＞V0）、△
f2（＞△f0）のとき出力はV2（＜V0）となる。この出力
がVCO306に入力される。
第５図は、VCO306の入力電圧−発振周波数の関係を示し
た特性図である。入力電圧がV0,V1（＞V0）,V2（＜V0）
のとき、出力はそれぞれf0,f0＋（△f1−△f0）,f0＋
（△f2−△f0）となり、VCO306の発振周波数は入力光パ
ルス列の繰り返し周波数f0に等しくなる。
た特性図である。入力電圧がV0,V1（＞V0）,V2（＜V0）
のとき、出力はそれぞれf0,f0＋（△f1−△f0）,f0＋
（△f2−△f0）となり、VCO306の発振周波数は入力光パ
ルス列の繰り返し周波数f0に等しくなる。
尚、第４図に示した周波数弁別器305の入力周波数−出
力電圧の関係が、第６図のように傾きが逆である場合に
は、第７図のようにVCOの入力電圧−発振周波数の関係
を表すグラフの傾きを逆にすることにより、同様の効果
が得られる。
力電圧の関係が、第６図のように傾きが逆である場合に
は、第７図のようにVCOの入力電圧−発振周波数の関係
を表すグラフの傾きを逆にすることにより、同様の効果
が得られる。
VCO306の出力は必要に応じて増幅器312で増幅され、バ
イアスT313によって直流電源314からの直流電流DCと重
畳され、半導体レーザ315に印加される。半導体レーザ3
15はゲインスイッチ法により、繰り返し周波数f0,幅数1
0psの超高速，超短光パルス列を発生する。
イアスT313によって直流電源314からの直流電流DCと重
畳され、半導体レーザ315に印加される。半導体レーザ3
15はゲインスイッチ法により、繰り返し周波数f0,幅数1
0psの超高速，超短光パルス列を発生する。
本構成では、前述したように光増幅器に重畳された正弦
波によって変調された光信号の包絡線に相当する差周波
成分を低周波の信号として取り出し、この低速の電気信
号によって光パルスの発振周波数を制御するため、広帯
域の電気回路を必要とせず、数10GHz以上の速度でのPLL
動作が期待できる。更に、ハーフミラー317によって光
増幅器302の出力を取り出すようにすれば、本回路は光
増幅器としても使用可能であり、本回路で光増幅及びタ
イミング抽出の両方の機能を持たせることが可能とな
る。
波によって変調された光信号の包絡線に相当する差周波
成分を低周波の信号として取り出し、この低速の電気信
号によって光パルスの発振周波数を制御するため、広帯
域の電気回路を必要とせず、数10GHz以上の速度でのPLL
動作が期待できる。更に、ハーフミラー317によって光
増幅器302の出力を取り出すようにすれば、本回路は光
増幅器としても使用可能であり、本回路で光増幅及びタ
イミング抽出の両方の機能を持たせることが可能とな
る。
（実施例２） 第８図は本発明の第２の実施例を示す図であって、801
は信号光入力部、802は両端面を無反射コーティングし
た半導体レーザを用いた光増幅器、803は受光素子（P
D）、804はローパスフィルタ（LPF）、805はVCO、806は
バイアスＴ、807は直流電源、808はクロック光パルスを
発生する光パルス発生部、809は出力光端子、810はハー
フミラー、811は可変遅延回路である。この実施例にお
いては、実施例１における△ｆが０である場合に相当
し、そのため発振周波数△ｆの高安定発振器は省略され
ており、光増幅器802のDCの出力がフィードバック信号
として用いられる。光増幅器802のバイアスに印加され
る正弦波の周波数と、入力光パルスの繰り返し周波数f0
が同じ時には、両者の位相関係によって出力光のDC成分
が変化する。波形ＤのＰ点の位相関係にあるとき両者の
関係は最大で、DC成分最大となる。Ｑ点のときは反対に
相関最小でDC成分最小となる。従って、可変遅延回路81
1を調節してＰとＱの中間点Ｒに初期の位相関係を設定
しておけば、両者の周波数ずれにより生じた位相差が、
出力光強度変化として現れ、この変化分をVCO805にフィ
ードバックすることによって入力光パルスの繰り返し周
波数f0に等しい周波数f0の光パルス出力が得られる。
は信号光入力部、802は両端面を無反射コーティングし
た半導体レーザを用いた光増幅器、803は受光素子（P
D）、804はローパスフィルタ（LPF）、805はVCO、806は
バイアスＴ、807は直流電源、808はクロック光パルスを
発生する光パルス発生部、809は出力光端子、810はハー
フミラー、811は可変遅延回路である。この実施例にお
いては、実施例１における△ｆが０である場合に相当
し、そのため発振周波数△ｆの高安定発振器は省略され
ており、光増幅器802のDCの出力がフィードバック信号
として用いられる。光増幅器802のバイアスに印加され
る正弦波の周波数と、入力光パルスの繰り返し周波数f0
が同じ時には、両者の位相関係によって出力光のDC成分
が変化する。波形ＤのＰ点の位相関係にあるとき両者の
関係は最大で、DC成分最大となる。Ｑ点のときは反対に
相関最小でDC成分最小となる。従って、可変遅延回路81
1を調節してＰとＱの中間点Ｒに初期の位相関係を設定
しておけば、両者の周波数ずれにより生じた位相差が、
出力光強度変化として現れ、この変化分をVCO805にフィ
ードバックすることによって入力光パルスの繰り返し周
波数f0に等しい周波数f0の光パルス出力が得られる。
本実施例では、初期設定として入力光パルスと正弦波の
位相関係をＲ点に設定する必要があるが、簡易な構成で
PLLを実現することができる。
位相関係をＲ点に設定する必要があるが、簡易な構成で
PLLを実現することができる。
以上説明したように、本発明によれば、受光素子を用い
て高速の光信号を電気信号に変換する必要がない。従っ
て、従来不可能であった受光素子や、電気回路の動作速
度を上回る高速光信号のPLL回路をより簡便な構成で可
能としている。この光PLL回路は高速光サンプリング、
高速光ゲート，高速光クロック発生等を代表例とする光
信号処理や全光型中継器等，高速光伝送等への応用が可
能である。
て高速の光信号を電気信号に変換する必要がない。従っ
て、従来不可能であった受光素子や、電気回路の動作速
度を上回る高速光信号のPLL回路をより簡便な構成で可
能としている。この光PLL回路は高速光サンプリング、
高速光ゲート，高速光クロック発生等を代表例とする光
信号処理や全光型中継器等，高速光伝送等への応用が可
能である。
第１図は従来のPLL回路を示すブロック図、第２図は本
発明の基本構成を示すブロック図、第３図は本発明の第
１の実施例を示すブロック図、第４図，第６図は本発明
に用いる周波数弁別器の動作を説明するための特性図、
第５図，第７図は本発明に用いる電圧制御発振器の動作
を説明するための特性図、第８図は本発明の第２の実施
例を示すブロック図である。 101……光信号、102……受光素子、103……狭帯域フィ
ルタ、104……位相比較器、105……低域フィルタ、106
……電圧制御発振器（VCO）、107……電気クロック出力
端子、201,301,801……信号光入力部、202,302,802……
光増幅器、203,303,803……受光素子（PD）、204,304…
…バンドパスフィルタ（BPF）、205,305,805……周波数
弁別器、206,306,805……電圧制御発振器（VCO）、207,
307……高安定発振器、208,309,314,807……直流入力端
子、209,308……ミキサ、210,311……光パルス発生部、
211,316,809……出力光端子、304……ローパスフィルタ
（LPF）、310,313……バイアスＴ、312……増幅器、315
……半導体レーザ、811……可変遅延回路。
発明の基本構成を示すブロック図、第３図は本発明の第
１の実施例を示すブロック図、第４図，第６図は本発明
に用いる周波数弁別器の動作を説明するための特性図、
第５図，第７図は本発明に用いる電圧制御発振器の動作
を説明するための特性図、第８図は本発明の第２の実施
例を示すブロック図である。 101……光信号、102……受光素子、103……狭帯域フィ
ルタ、104……位相比較器、105……低域フィルタ、106
……電圧制御発振器（VCO）、107……電気クロック出力
端子、201,301,801……信号光入力部、202,302,802……
光増幅器、203,303,803……受光素子（PD）、204,304…
…バンドパスフィルタ（BPF）、205,305,805……周波数
弁別器、206,306,805……電圧制御発振器（VCO）、207,
307……高安定発振器、208,309,314,807……直流入力端
子、209,308……ミキサ、210,311……光パルス発生部、
211,316,809……出力光端子、304……ローパスフィルタ
（LPF）、310,313……バイアスＴ、312……増幅器、315
……半導体レーザ、811……可変遅延回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/06 10/142
Claims (2)
- 【請求項１】信号光パルスを受信し該信号光パルスのク
ロック周波数に等しい繰り返し周波数を有するクロック
光パルスを発生させる光PLL回路であって、 直流信号と該光PLL回路の出力周波数に一定の周波数差
が与えられた交流信号とを重畳した信号からなる電気信
号と前記信号光パルス列とを入力とし該信号光パルス列
の光のパワーを増幅すると同時に前記交流信号によって
変調をうけた光パルス列を出力とする光増幅・光変調部
と、 前記光増幅・光変調部より発生された光信号を受光する
受光素子と、 前記周波数差に相当する周波数を中心周波数とする帯域
通過フィルタと、 該帯域通過フィルタの出力を入力とする周波数弁別器
と、 該周波数弁別器の出力により制御される電圧制御発振器
と、 前記周波数差に相当する周波数の交流信号を出力する低
周波発振器と、 前記電圧制御発振器の出力周波数と該低周波発振器の出
力を混合して両周波数の和周波数又は差周波数の混合交
流信号を出力するミキサと、 該混合交流信号と前記直流信号を重畳して前記電気信号
をとり出す合成手段と、 前記電圧制御発振器の発振周波数に等しい繰り返し周波
数の光パルスを発生させる光パルス発生部とを備えた光
PLL回路。 - 【請求項２】信号光パルスを受信し該信号光パルスのク
ロック周波数に等しい繰り返し周波数を有するクロック
光パルスを発生させる光PLL回路であって、 直流信号と該光PLL回路の出力に所望の遅延が与えられ
た交流信号とを重畳した信号からなる電気信号と前記信
号光パルス列とを入力とし該信号光パルス列の光のパワ
ーを増幅すると同時に前記交流信号によって変調をうけ
た光パルス列を出力とする光増幅・光変調部と、 前記光増幅・光変調部より発生された光信号を受光する
受光素子と、 該受光素子の出力の前記光パルス列の繰り返し周波数成
分を遮断し、前記入力光パルス列と前記電気信号との相
関を示す直流を相関信号として出力とする低域通過フィ
ルタと、 該低域通過フィルタから得られる前記相関信号を入力と
する電圧制御発振器と、 該電圧制御発振器の出力に前記所望の遅延を与える可変
遅延回路と、 該可変遅延回路の出力と前記直流信号を重畳して前記電
気信号をとり出す合成手段と、 前記電圧制御発振器の発振周波数に等しい繰り返し周波
数の光パルスを発生させる光パルス発生部とを備えた光
PLL回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035110A JPH07120978B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 光ｐｌｌ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035110A JPH07120978B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 光ｐｌｌ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01212036A JPH01212036A (ja) | 1989-08-25 |
| JPH07120978B2 true JPH07120978B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=12432796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035110A Expired - Fee Related JPH07120978B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 光ｐｌｌ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120978B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0846511A (ja) * | 1994-05-24 | 1996-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | クロック発生装置及びクロック発生方法 |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP63035110A patent/JPH07120978B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01212036A (ja) | 1989-08-25 |
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