JPH07234333A - レーザ光結合装置 - Google Patents
レーザ光結合装置Info
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- JPH07234333A JPH07234333A JP6023891A JP2389194A JPH07234333A JP H07234333 A JPH07234333 A JP H07234333A JP 6023891 A JP6023891 A JP 6023891A JP 2389194 A JP2389194 A JP 2389194A JP H07234333 A JPH07234333 A JP H07234333A
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- laser
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4207—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
- G02B6/4208—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
- G02B6/4209—Optical features
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザからのレーザ光を光波長変換素
子のような機能性３次元導波路へ高効率で導くことので
きる光学系を有する単純な構成のレーザ光結合装置を提
供する。 【構成】 磁界方向及び電界方向において異なる発散角
でレーザ光を発散する半導体レーザと、レーザ光を集光
して矩形端面に結合させる集光光学系とからなるレーザ
光結合装置であって、半導体レーザをその光軸の周りに
回転せしめる回転手段と、レーザ光を光軸に沿った平行
光線束とするコリメータと、平行光線束の電界振動面を
光軸周りに回転せしめ集光光学系へ導く偏光回転手段を
有する装置。
子のような機能性３次元導波路へ高効率で導くことので
きる光学系を有する単純な構成のレーザ光結合装置を提
供する。 【構成】 磁界方向及び電界方向において異なる発散角
でレーザ光を発散する半導体レーザと、レーザ光を集光
して矩形端面に結合させる集光光学系とからなるレーザ
光結合装置であって、半導体レーザをその光軸の周りに
回転せしめる回転手段と、レーザ光を光軸に沿った平行
光線束とするコリメータと、平行光線束の電界振動面を
光軸周りに回転せしめ集光光学系へ導く偏光回転手段を
有する装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザからのレ
ーザ光を機能性３次元導波路の端面へ結合するレーザ光
結合装置に関する。
ーザ光を機能性３次元導波路の端面へ結合するレーザ光
結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかるレーザ光結合装置を必要とする応
用例としては、光波長変換装置がある。これは、図１に
示すように、基本波のレーザ光を発生する光源として半
導体レーザ１を用い、この基本波の波長を例えば１／２
に変換する導波路型光波長変換素子として、非線形光学
材料からなる３次元導波路３とこれを囲繞するクラッド
基板４とからなる光波長変換素子５を用いている。かか
る光波長変換装置においてレーザ光結合装置に、基本波
を３次元導波路の矩形端面端面（光結合部）に結合させ
る集光レンズ２を用いている。
用例としては、光波長変換装置がある。これは、図１に
示すように、基本波のレーザ光を発生する光源として半
導体レーザ１を用い、この基本波の波長を例えば１／２
に変換する導波路型光波長変換素子として、非線形光学
材料からなる３次元導波路３とこれを囲繞するクラッド
基板４とからなる光波長変換素子５を用いている。かか
る光波長変換装置においてレーザ光結合装置に、基本波
を３次元導波路の矩形端面端面（光結合部）に結合させ
る集光レンズ２を用いている。
【０００３】一般に、半導体レーザの活性領域における
３次元導波路では、その膜厚及び幅が異なる。レーザ光
は回折効果により端面から発散し、その発散角は幅方向
よりも膜厚方向のほうが大きい。したがって、出射され
たレーザ光は、磁界方向及び電界方向において異なる発
散角で発散する発散光であり、その横断面は楕円形状で
ある。その縦断面において異なるパワー分布を有する。
また、半導体レーザでは、活性領域における接合面に平
行なＴＥモードの直線偏光のレーザ光が出射される。
３次元導波路では、その膜厚及び幅が異なる。レーザ光
は回折効果により端面から発散し、その発散角は幅方向
よりも膜厚方向のほうが大きい。したがって、出射され
たレーザ光は、磁界方向及び電界方向において異なる発
散角で発散する発散光であり、その横断面は楕円形状で
ある。その縦断面において異なるパワー分布を有する。
また、半導体レーザでは、活性領域における接合面に平
行なＴＥモードの直線偏光のレーザ光が出射される。
【０００４】光波長変換装置において、高効率の光波長
変換を行うためには、半導体レーザからの発散レーザ光
（基本波）を光波長変換素子の３次元導波路端面に効率
よく結合させなければならない。このためには、基準光
軸方向をＺ方向とした場合、半導体レーザ１からの基本
波の楕円スポットと３次元導波路の矩形端面との相対位
置を、矩形端面のＸＹ方向及び基準光軸方向のＺ方向の
３次元で精度良く一致させる必要がある。
変換を行うためには、半導体レーザからの発散レーザ光
（基本波）を光波長変換素子の３次元導波路端面に効率
よく結合させなければならない。このためには、基準光
軸方向をＺ方向とした場合、半導体レーザ１からの基本
波の楕円スポットと３次元導波路の矩形端面との相対位
置を、矩形端面のＸＹ方向及び基準光軸方向のＺ方向の
３次元で精度良く一致させる必要がある。
【０００５】レーザ光を導波路型波長変換素子のような
機能性導波路へ入射する方法には、上記単一レンズによ
る結合の他に、レーザ光を平行にするコリメータレンズ
を用いたり、ピクテイルファイバー、セルフォックレン
ズ又はロッドレンズによる結合や、２枚の凸レンズ間に
１／２波長板を挿入した結合等がある。
機能性導波路へ入射する方法には、上記単一レンズによ
る結合の他に、レーザ光を平行にするコリメータレンズ
を用いたり、ピクテイルファイバー、セルフォックレン
ズ又はロッドレンズによる結合や、２枚の凸レンズ間に
１／２波長板を挿入した結合等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、半導体レ
ーザからのレーザ光は、単純な凸レンズを用いた集光に
よる結合方法では、３次元導波路の入射面（矩形）の形
状と集光されたレーザ光のスポット楕円形状とが合わ
ず、結合効率が低いという問題がある。例えば、電界方
向の広がり角１０°及び磁界方向の広がり角３０°を有
する半導体レーザの発散レーザ光を、７μｍ角の断面を
持つ対称３次元導波路の矩形端面になるべく結合効率の
良い状態で集光したとしても、図２に示すような状態と
なり５５％程度の結合効率しか得られない。さらに図２
の破線に示すように、矩形端面の大きさ及びアスペクト
比の変化に対応させて結合させる場合、楕円スポットの
長軸方向の端部が矩形端面から外れる場合もある。
ーザからのレーザ光は、単純な凸レンズを用いた集光に
よる結合方法では、３次元導波路の入射面（矩形）の形
状と集光されたレーザ光のスポット楕円形状とが合わ
ず、結合効率が低いという問題がある。例えば、電界方
向の広がり角１０°及び磁界方向の広がり角３０°を有
する半導体レーザの発散レーザ光を、７μｍ角の断面を
持つ対称３次元導波路の矩形端面になるべく結合効率の
良い状態で集光したとしても、図２に示すような状態と
なり５５％程度の結合効率しか得られない。さらに図２
の破線に示すように、矩形端面の大きさ及びアスペクト
比の変化に対応させて結合させる場合、楕円スポットの
長軸方向の端部が矩形端面から外れる場合もある。
【０００７】そこで、長軸及び短軸をもつ楕円断面の発
散レーザ光を３次元導波路の矩形端面に効率よく結合さ
せるためには、発散レーザ光の遠視野パターンを整形し
なければならない。このビーム整形には、一般的に、コ
リメータレンズにより平行光線化して、ビーム整形プリ
ズムにより楕円横断面の長軸及び短軸を伸縮することが
考えられる。しかし、その構成部品が多くなりそれらの
位置調整が複雑になるなど、小型の光波長変換装置を作
成するための障害となっていた。
散レーザ光を３次元導波路の矩形端面に効率よく結合さ
せるためには、発散レーザ光の遠視野パターンを整形し
なければならない。このビーム整形には、一般的に、コ
リメータレンズにより平行光線化して、ビーム整形プリ
ズムにより楕円横断面の長軸及び短軸を伸縮することが
考えられる。しかし、その構成部品が多くなりそれらの
位置調整が複雑になるなど、小型の光波長変換装置を作
成するための障害となっていた。
【０００８】一方、ピクテイルファイバーなどによる結
合方法では、ピクテイルファイバーの製作が容易ではな
く、これを用いても基本波の偏光面が不規則となり、矩
形断面を有する機能性３次元導波路の性能を充分に生か
す結合ができなかった。さらに、これら従来の方法で
は、大きな結合率の向上が見られなかったり、製作が容
易ではないという問題があるので、量産性も悪くコスト
高の原因ともなっていた。
合方法では、ピクテイルファイバーの製作が容易ではな
く、これを用いても基本波の偏光面が不規則となり、矩
形断面を有する機能性３次元導波路の性能を充分に生か
す結合ができなかった。さらに、これら従来の方法で
は、大きな結合率の向上が見られなかったり、製作が容
易ではないという問題があるので、量産性も悪くコスト
高の原因ともなっていた。
【０００９】よって、発明の目的は、半導体レーザから
のレーザ光を光波長変換素子のような機能性３次元導波
路へ高効率で導くことのできる光学系を有する単純な構
成のレーザ光結合装置を提供することにある。
のレーザ光を光波長変換素子のような機能性３次元導波
路へ高効率で導くことのできる光学系を有する単純な構
成のレーザ光結合装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明のレーザ光結合装置
は、磁界方向及び電界方向において異なる発散角でレー
ザ光を発散する半導体レーザと、前記レーザ光を集光し
て前記矩形端面に結合させる集光光学系とからなるレー
ザ光結合装置であって、前記半導体レーザをその光軸の
周りに回転せしめる回転手段と、前記レーザ光を前記光
軸に沿った平行光線束とするコリメータと、前記平行光
線束の電界振動面を前記光軸周りに回転せしめ前記集光
光学系へ導く偏光回転手段を有することを特徴とする。
は、磁界方向及び電界方向において異なる発散角でレー
ザ光を発散する半導体レーザと、前記レーザ光を集光し
て前記矩形端面に結合させる集光光学系とからなるレー
ザ光結合装置であって、前記半導体レーザをその光軸の
周りに回転せしめる回転手段と、前記レーザ光を前記光
軸に沿った平行光線束とするコリメータと、前記平行光
線束の電界振動面を前記光軸周りに回転せしめ前記集光
光学系へ導く偏光回転手段を有することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、半導体レーザの光軸における
回転位置調整を行い、例えば機能性３次元導波路の矩形
端面上におけるレーザ光の楕円スポットの長軸を矩形の
対角線近傍まで回転させ、偏光回転手段によりレーザ光
の偏光方向を機能性３次元導波路に適した方向に調整す
るので、高い効率でかつ導波路の機能を十分に活かすレ
ーザ光の光３次元導波路への導入が可能となる。
回転位置調整を行い、例えば機能性３次元導波路の矩形
端面上におけるレーザ光の楕円スポットの長軸を矩形の
対角線近傍まで回転させ、偏光回転手段によりレーザ光
の偏光方向を機能性３次元導波路に適した方向に調整す
るので、高い効率でかつ導波路の機能を十分に活かすレ
ーザ光の光３次元導波路への導入が可能となる。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明による実施例を図面を参照し
つつ説明する。図３に本実施例を光波長変換装置に応用
した例の要部を示す。図１に示す光波長変換装における
同一部材は図３の同一符号で示す。当該装置において、
半導体レーザ１は、レーザ光の基本波の光軸の周りに回
転せしめる回転手段である回転部材１１に取り付けられ
ている。半導体レーザ１と対物レンズ２との間には、光
源側から順にコリメータであるコリメータレンズ１２並
びに偏光回転手段であるローテータ１３が基本波の光軸
に沿って配置されている。コリメータレンズ１２は半導
体レーザ１からの発散レーザ光を光軸に平行なレーザ光
に変換する。
つつ説明する。図３に本実施例を光波長変換装置に応用
した例の要部を示す。図１に示す光波長変換装における
同一部材は図３の同一符号で示す。当該装置において、
半導体レーザ１は、レーザ光の基本波の光軸の周りに回
転せしめる回転手段である回転部材１１に取り付けられ
ている。半導体レーザ１と対物レンズ２との間には、光
源側から順にコリメータであるコリメータレンズ１２並
びに偏光回転手段であるローテータ１３が基本波の光軸
に沿って配置されている。コリメータレンズ１２は半導
体レーザ１からの発散レーザ光を光軸に平行なレーザ光
に変換する。
【００１３】ローテータ１３は平行レーザ光の電界振動
面を光軸周りに回転せしめる装置であって、これには図
４（ａ）に示すようなコイル２０内にファラデー媒体２
１を配置したファラデー回転子や、図４（ｂ）に示すよ
うな筒状強磁性体３０内にファラデー媒体２１を配置し
たファラデー回転子や、図５に示すような光軸を法線と
する波長板２４とこの波長板を保持して光軸の周りに回
転せしめる回転部材２５とからなる回転子や、光軸に対
して回転させずに波長板の厚さを所定振動面回転が得ら
れるように設定した回転子がある。ファラデー回転子の
回転角は、磁界の強さ、ファラデー媒体の厚さ、ファラ
デー媒体の材質などで制御する。ローテータ１３は、平
行レーザ光の電界振動面を光軸周りに回転せしめ集光光
学系の対物レンズ２へ導き、対物レンズ２はかかるビー
ムを受光し、光波長変換素子５の３次元導波路の端面に
集光する。
面を光軸周りに回転せしめる装置であって、これには図
４（ａ）に示すようなコイル２０内にファラデー媒体２
１を配置したファラデー回転子や、図４（ｂ）に示すよ
うな筒状強磁性体３０内にファラデー媒体２１を配置し
たファラデー回転子や、図５に示すような光軸を法線と
する波長板２４とこの波長板を保持して光軸の周りに回
転せしめる回転部材２５とからなる回転子や、光軸に対
して回転させずに波長板の厚さを所定振動面回転が得ら
れるように設定した回転子がある。ファラデー回転子の
回転角は、磁界の強さ、ファラデー媒体の厚さ、ファラ
デー媒体の材質などで制御する。ローテータ１３は、平
行レーザ光の電界振動面を光軸周りに回転せしめ集光光
学系の対物レンズ２へ導き、対物レンズ２はかかるビー
ムを受光し、光波長変換素子５の３次元導波路の端面に
集光する。
【００１４】この実施例のレーザ光結合装置の動作は、
先ず、半導体レーザからの出力光をコリメータレンズに
より平行光にし、そのまま集光レンズで３次元導波路端
面に集光すると図６（ａ）の破線に示すように、楕円形
のスポットが得られる。次に、半導体レーザを光軸を中
心軸として回転させ、図６（ａ）の実線の楕円に示すよ
うに、ある角度でこのスポットの楕円形状を３次元導波
路端面の３次元導波路部の断面形状により内接させる。
回転角度は、広がり角の差によって生じる集光面のレー
ザスポットの楕円形状が矩形３次元導波路の断面形状に
内接する角度に設定される。この角度で３次元導波路と
半導体レーザとの相対角度を固定することにより、まず
高い結合効率が得られるようになる。図６（ｂ）〜
（ｅ）に示すように、３次元導波路の矩形端面上におけ
る基本波の楕円スポットの長軸を矩形の対角線近傍まで
回転させことによって、任意のアスペクト比の矩形導波
路端面への高い結合効率が得られる。
先ず、半導体レーザからの出力光をコリメータレンズに
より平行光にし、そのまま集光レンズで３次元導波路端
面に集光すると図６（ａ）の破線に示すように、楕円形
のスポットが得られる。次に、半導体レーザを光軸を中
心軸として回転させ、図６（ａ）の実線の楕円に示すよ
うに、ある角度でこのスポットの楕円形状を３次元導波
路端面の３次元導波路部の断面形状により内接させる。
回転角度は、広がり角の差によって生じる集光面のレー
ザスポットの楕円形状が矩形３次元導波路の断面形状に
内接する角度に設定される。この角度で３次元導波路と
半導体レーザとの相対角度を固定することにより、まず
高い結合効率が得られるようになる。図６（ｂ）〜
（ｅ）に示すように、３次元導波路の矩形端面上におけ
る基本波の楕円スポットの長軸を矩形の対角線近傍まで
回転させことによって、任意のアスペクト比の矩形導波
路端面への高い結合効率が得られる。
【００１５】そしてローテータにより振動面を３次元導
波路に結合させたい振動面方向まで回転する。このと
き、光の振動面は回転されるが、広がり角の違いにより
形成された楕円形状の集光スポットは３次元導波路の断
面形状に内接したままで回転しない。矩形３次元導波路
はその断面形状から振動面の保存性に優れ、また振動面
に依存して機能を発揮するものが多く、入射振動面が傾
くとこれらの性能低下を招来するが、本発明では、振動
面を必要な方向に保ちながら集光スポット形状を最も結
合効率の高い状態に設定できるので、矩形３次元導波路
の性能を損なわない状態で高効率な結合が可能となる。
波路に結合させたい振動面方向まで回転する。このと
き、光の振動面は回転されるが、広がり角の違いにより
形成された楕円形状の集光スポットは３次元導波路の断
面形状に内接したままで回転しない。矩形３次元導波路
はその断面形状から振動面の保存性に優れ、また振動面
に依存して機能を発揮するものが多く、入射振動面が傾
くとこれらの性能低下を招来するが、本発明では、振動
面を必要な方向に保ちながら集光スポット形状を最も結
合効率の高い状態に設定できるので、矩形３次元導波路
の性能を損なわない状態で高効率な結合が可能となる。
【００１６】実施例１として、５μｍ角の正方形断面形
状をもつ対称３次元導波路を使用した光波長変換装置に
おいて、ローテータとして４５°ファラデー回転子を用
いてレーザ光結合装置を作成した。半導体レーザを、そ
の出力光の振動面方向が３次元導波路のＹ軸から右４５
°傾くように固定し、３次元導波路端面上に集光した際
のスポットの楕円形状は正方形の３次元導波路端面の断
面形状に内接できる状態とした。次に、４５°ファラデ
ー回転子に適度な電流を印加することにより、平行光野
振動面方向のみを４５°左側に回転させ、振動面方向を
Ｙ軸方向に戻した。矩形端面に内接するスポットとなる
ような絞り込み角で集光されているので、振動面方向の
制御された高い結合が得られた。結果として、５μｍ角
の３次元導波路に８５％の結合が得られた。
状をもつ対称３次元導波路を使用した光波長変換装置に
おいて、ローテータとして４５°ファラデー回転子を用
いてレーザ光結合装置を作成した。半導体レーザを、そ
の出力光の振動面方向が３次元導波路のＹ軸から右４５
°傾くように固定し、３次元導波路端面上に集光した際
のスポットの楕円形状は正方形の３次元導波路端面の断
面形状に内接できる状態とした。次に、４５°ファラデ
ー回転子に適度な電流を印加することにより、平行光野
振動面方向のみを４５°左側に回転させ、振動面方向を
Ｙ軸方向に戻した。矩形端面に内接するスポットとなる
ような絞り込み角で集光されているので、振動面方向の
制御された高い結合が得られた。結果として、５μｍ角
の３次元導波路に８５％の結合が得られた。
【００１７】この場合、正方形の対称３次元導波路に対
する結合なので回転角が４５°又は−４５°となるが、
他の角度が必要な場合は、必要な角度のローテータが必
要となる。実施例２としては、ローテータとして１／２
波長板を利用し、広がり角Ｙ方向３０°でＸ方向１０°
の半導体レーザ出力光を短長軸比１：２の長方形の断面
を持つ対称３次元導波路へＹ方向の振動面として結合し
た。
する結合なので回転角が４５°又は−４５°となるが、
他の角度が必要な場合は、必要な角度のローテータが必
要となる。実施例２としては、ローテータとして１／２
波長板を利用し、広がり角Ｙ方向３０°でＸ方向１０°
の半導体レーザ出力光を短長軸比１：２の長方形の断面
を持つ対称３次元導波路へＹ方向の振動面として結合し
た。
【００１８】半導体レーザ出力光の振動面方向を３次元
導波路のＹ軸から右周り６２°傾くように固定し、３次
元導波路端面上に楕円形状の集光スポットを長方形の３
次元導波路端面に内接させた。振動面の回転角が左周り
６２°に調整された１／２波長板を透過させ、振動面方
向のみを６２°左側に回転し、振動面方向をＹ軸方向に
一致させた。結果として、５μｍ×１０μｍ角の３次元
導波路に８２％の結合が得られた。
導波路のＹ軸から右周り６２°傾くように固定し、３次
元導波路端面上に楕円形状の集光スポットを長方形の３
次元導波路端面に内接させた。振動面の回転角が左周り
６２°に調整された１／２波長板を透過させ、振動面方
向のみを６２°左側に回転し、振動面方向をＹ軸方向に
一致させた。結果として、５μｍ×１０μｍ角の３次元
導波路に８２％の結合が得られた。
【００１９】この場合、短長軸比１：２の長方形の対称
３次元導波路に対しての結合なので回転角が６２°又は
−６２°となるが、他の角度が必要な場合は、必要な角
度のローテータが必要となる。
３次元導波路に対しての結合なので回転角が６２°又は
−６２°となるが、他の角度が必要な場合は、必要な角
度のローテータが必要となる。
【００２０】
【発明の効果】本発明のレーザ光結合装置により、半導
体レーザからの電磁界方向に広がり角の異なる発散出力
光を振動面方向を制御しながら機能性３次元導波路の矩
形端面に高効率で結合することができる。
体レーザからの電磁界方向に広がり角の異なる発散出力
光を振動面方向を制御しながら機能性３次元導波路の矩
形端面に高効率で結合することができる。
【図１】従来の矩形端面３次元導波路を用いたた光波長
変換装置の要部を示す概略斜視図である。
変換装置の要部を示す概略斜視図である。
【図２】光波長変換素子の３次元導波路部の矩形端面の
正面図である。
正面図である。
【図３】光波長変換装置に用いた本発明のレーザ光結合
装置の要部を示す概略斜視図である。
装置の要部を示す概略斜視図である。
【図４】本発明のレーザ光結合装置におけるファラデー
回転子を示す概略斜視図である。
回転子を示す概略斜視図である。
【図５】本発明のレーザ光結合装置における波長板から
なる回転子を示す概略斜視図である。
なる回転子を示す概略斜視図である。
【図６】本発明による集光スポット形状との関係を示す
３次元導波路の矩形端面の正面図である。
３次元導波路の矩形端面の正面図である。
１ 半導体レーザ ２ 集光レンズ ５ 導波路型光波長変換素子 １２ コリメータレンズ １３ 振動面回転子（ローテータ）
Claims (2)
- 【請求項１】 磁界方向及び電界方向において異なる発
散角でレーザ光を発散する半導体レーザと、前記レーザ
光を集光して前記矩形端面に結合させる集光光学系とか
らなるレーザ光結合装置であって、前記半導体レーザを
その光軸の周りに回転せしめる回転手段と、前記レーザ
光を前記光軸に沿った平行光線束とするコリメータと、
前記平行光線束の電界振動面を前記光軸周りに回転せし
め前記集光光学系へ導く偏光回転手段を有することを特
徴とする装置。 - 【請求項２】 前記偏光回転手段は、ファラデー回転子
又は１／２波長板であることを特徴とする請求項１記載
の装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02389194A JP3340547B2 (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | レーザ光結合装置及び方法 |
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