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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Sachgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Gittern in
optischen Fasern, und, insbesondere, auf eine Vorrichtung zum Herstellen
von Gittern in optischen Fasern zum Minimieren eines Diffraktions-
bzw. Beugungseffekts, unter Verwendung einer bewegbaren, konkaven
Linse.
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2. Beschreibung des in
Bezug stehenden Stands der Technik
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Ein Gitter für eine optische Faser ist ein
Filter, der eine bestimmte Wellenlänge entlang des Kerns einer
optischen Faser auswählt.
Das Gitter für die
optische Faser entfernt Licht oder reflektiert es bei einer bestimmten
Wellenlänge
durch induzieren einer periodischen Änderung in dem Brechungsindex einer
optischen Faser, unter Verwendung eines UV-(ultraviolett)-Lasers.
Gitter für
optische Fasern werden in Faser-Gitter mit kurzer Periode und Faser-Gitter
mit langer Periode unterteilt. Die kurzen Faser-Gitter führen ein
Filtern durch Reflektieren von Licht unter einer vorbestimmten Wellenlänge durch, wogegen
die Faser-Gitter mit langer Periode einen Kernmode mit einem Hüll- bzw.
Mantelmode koppeln. Da Faser-Gitter mit langer Periode mit einer
Periode von einigen zehn Mikrometern bis einigen hundert Mikrometern
Licht unter einer vorbestimmten Wellenlänge durch Koppeln von Licht
von einem Mode näher
zu einem Hüllmode
entfernen können, werden
sie als die Verstärkung
abflachende Filter für EDFAs
(Erbium Doped Fiber Amplifiers – mit
Erbium dotierten Faserverstärkern}
verwendet.
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Faser-Gitter mit langer Periode werden durch
Vornehmen von periodischen Änderungen
in dem Brechungsindex des Kerns der für UV empfindlichen, optischen
Faser hergestellt. Der Brechungsindex wird in Bereichen erhöht, die
UV-Licht ausgesetzt sind, und ist in normalen Bereichen intakt,
um dadurch eine periodische Brechungsindex-Änderung entlang der Längenrichtung
der optischen Faser zu erzeugen.
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Die Faser-Gitter werden unter Verwendung einer
Maske oder ohne diese hergestellt. Falls eine Maske nicht verwendet
wird, können
Faser-Gitter in verschiedenen Peri oden hergestellt werden. Allerdings
wird, aufgrund der Nachteile in Bezug auf die Schwierigkeit, eine
Reproduzierbarkeit sicherzustellen, und im Hinblick auf eine lange
Herstellzeit, dieses Verfahren nicht weit verbreitet verwendet.
Andererseits hat die Verwendung einer Maske zum Herstellen von Faser-Gittern
die Vorteile einer hohen Reproduzierbarkeit und einer kurzen Herstellzeit.
Deshalb wird eine Maske gewöhnlich
beim Herstellen von Faser-Gittern
verwendet.
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Dabei sind drei Arten und Weisen
zum Herstellen von Faser-Gittern unter Verwendung einer Maske vorhanden:
eine weit verbreitete Maske mit einer bestimmten Periode, die eine
einfache Struktur besitzt, ein Projektionsverfahren unter Verwendung einer
Maske mit einer vorbestimmten Periode, vorgesehen dazu, die Nachteile
der üblichen
Maske zu beseitigen, und ein Projektionsverfahren unter Verwendung
einer Multi-Periode-Maske, vorgesehen dazu, die Nachteile des vorstehenden
Projektionsverfahrens zu beseitigen.
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Die Benutzung einer Maske mit einer
bestimmten Periode ist weit verbreitet. Wie in den 1A und 1B dargestellt
ist, ist eine Maske 12 mit einer vorbestimmten Periode Λ von einer
optischen Faser 10 entfernt angeordnet. UV-Licht 16,
emittiert von einer Lichtquelle, wird in einer bestimmten Richtung
zu der Länge
der optischen Faser 10 unter Verwendung einer zylindrischen,
konkaven Linse 14 fokussiert. Bei diesem Verfahren können Faser-Gitter mit
einem Wellenlängenband
mit einer einzelnen Maske 12 hergestellt werden. Um Faser-Gitter
mit einem unterschiedlichen Wellenlängenband herzustellen, muss
die Maske 12 ersetzt werden. Deshalb ist dieses Verfahren
nicht kostengünstig
und passend.
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Ein Projektionsverfahren, das eine
Maske mit einer vorbestimmten Periode Λ verwendet, ist ähnlich zu
dem Verfahren dahingehend, dass Faser-Gitter in eine optische Faser
mit einer Maske, angeordnet vor der optischen Faser, eingebracht
werden. Wie in den 2A und 2B dargestellt ist, wird UV-Licht 28,
fokussiert in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Faser 20,
mit einer zylindrischen, konvexen Linse 20 entlang der
axialen Richtung der optischen Faser 20 durch eine zylindrische,
konkave Linse 24 divergiert. Schattenmuster werden, während Licht,
divergiert durch die zylindrische, konkave Linse 24, durch
eine Maske 22 hindurchführt,
auf die optische Faser 20 aufgebracht bzw. geschrieben.
Die Periode der Schattenmuster auf der optischen Faser 20 variiert
durch Bewegen der Maske 22 nach vorne und nach hinten.
Wenn sich die Maske 22 der zylindrischen, konkaven Linse 24 annähert, erhöht sich
die Periode der Schattenmuster, während dann, wenn sich die Maske 22 der
optischen Faser 20 annähert, sich
die Periode der Schattenmuster verringert.
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Ungeachtet des Vorteils einer Herstellung von
Faser-Gittern mit unterschiedlichen Wellenlängenbändern, besitzt auch dieses
Verfahren einen begrenzten, periodischen Bereich. Demzufolge muss, wenn
die Periode der Faser-Gitter zu groß oder zu klein ist, eine neue
Maske mit einer unterschiedlichen Periode verwendet werden.
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Die Multi-Periode-Maske, die dieses
Verfahren verwendet, verringert einen Beugungseffekt durch Ändern der
Periode einer Multi-Periode-Maske, und hält demzufolge einen kleinen
Abstand zwischen einer optischen Faser und der Maske bei, wenn die
Periode der Faser-Gitter größer als
ein vorbestimmter Wert ist, und demzufolge ist die Maske von der
optischen Faser um einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Wie
die 3A und 3B zeigen, wird UV-Licht 38,
fokussiert in einer Richtung senkrecht zu der Länge einer optischen Faser 30, durch
eine zylindrische, konvexe Linse 36 entlang der axialen
Richtung der optischen Faser 30 durch eine zylindrische,
konkave Linse 34 divergiert. Während das divergierte Licht
durch eine Maske 23 hindurchführt, werden die Schattenmuster
der Maske 32 auf die optische Faser 30 aufgebracht
bzw. geschrieben. Die Periode der Schattenmuster auf der optischen
Faser 30 wird durch Bewegen der Maske 32 nach
vorne und nach hinten geändert.
Wenn die Maske 32 zu der zylindrischen, konkaven Linse 34 hin
bewegt wird, erhöht
sich die Periode, und wenn die Maske 32 zu der optischen
Faser 30 hin bewegt wird, verringert sich die Periode.
Da die einzelne Maske 32 eine Vielzahl von Perioden Λ1, Λ2 und Λ3 besitzt,
ist ein verfügbarer
Faser-Gitter-Periodenbereich breit genug, um Faser-Gitter ohne Ersetzen
der Maske 32 herzustellen.
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Allerdings kann ein Beugungseffekt
auch mit diesem Verfahren nicht vermieden werden. Zusätzlich werden,
wenn die Maske von der optischen Faser um unterschiedliche Abstände entsprechend
der Perioden von vorgesehenen Faser-Gittern beabstandet ist, unterschiedliche
Diffraktionseffekte hervorgerufen.
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Demzufolge sind die vorstehenden,
herkömmlichen
Herstellverfahren für
Faser-Gitter in
den Kosten und der Herstellzeit nicht effektiv, da Faser-Gitter
mit begrenzten Perioden hergestellt werden und Masken immer dann
geändert
werden müssen,
wenn die Periode der Faser-Gitter geändert wird. Zusätzlich können, wenn
unterschiedliche Diffraktionseffekte entsprechend zu unterschiedlichen Perioden
von Faser-Gittern auftreten, Verarbeitungsbedingungen (z. B. Belichtungszeit)
nicht akkurat abgeschätzt
werden.
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Ein neues Verfahren, um einen Chirp-Effekt und
eine Wellenlänge
von Faser-Bragg-Gittern
für eine
chromatische Multikanal-Dispersions-Kompensation zu kontrollieren,
ist aus I. Riant und P. Sansonetti, IEE Colloquium on optical fibre
gratings, London, UK, 07. Februar 1997, Seiten 18/1–3, bekannt. Die
Vergrößerung eines
mit Maske hergestellten Faser-Bragg-Gitters ist aus Prohaska et
al., Electronics letters, IEE Stevenage, GB, vol. 29, no. 18, 1993, Seiten
1614–1615,
bekannt. Eine Vorrichtung zum Herstellen von lang-periodischen Faser-Gittern
und eine Vorrichtung zum Herstellen von lang-periodischen Zwei-Band-Faser-Gittern,
unter Verwendung hiervon, ist aus der WO 00/11509 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen einer optischen Faser
zu schaffen, die einen Diffraktionseffekt, erzeugt durch eine Maske,
beim Herstellen von Faser-Gittern, minimiert, um eine Verzerrung
der Spektrum-Charakteristika
der Faser-Gitter zu verhindern, was ansonsten auftreten könnte.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters für optische Fasern zu schaffen,
die Bearbeitungsbedingungen relativ akkurat abschätzen kann, indem
der Unterschied zwischen Diffraktionseffekten, hervorgerufen entsprechend
der Perioden von Faser-Gittern, beseitigt wird.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben
werden durch Schaffen einer Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters
für optische
Fasern, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, gelöst. Um Gitter für optische
Fasern gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen, wird eine optische Faser präpariert,
eine Maske mit einer vorbestimmten Periode wird von der optischen
Faser beabstandet, um Muster zu bilden, die beim Herstellen von
Gittern an der optischen Faser verwendet werden sollen, eine UV-Licht-Quelle
projiziert UV-Licht in einer senkrechten Richtung zu der optischen
Faser, eine Linse fokussiert das UV-Licht und eine bewegbare, konkave
Linse divergiert das fokussierte UV-Licht entlang der Längen-Richtung der optischen
Faser und ändert
die Periode der Faser-Gitter, während
sie nach vorne und nach hinten bewegt wird.
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Um Faser-Gitter gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird eine
optische Faser präpariert,
eine integrierte Multi-Periode-Maske wird von der optischen Faser
beabstandet, um Muster zu bilden, die beim Herstellen von Gittern
in einer ausgewählten
Periode auf der optischen Faser verwendet werden sollen, eine UV- Lichtquelle projiziert
UV-Licht in einer senkrechten Richtung zu der optischen Faser, eine
Linse fokussiert das UV-Licht und eine bewegbare, konkave Linse
divergiert das fokussierte UV-Licht entlang der Längen-Richtung
der optischen Faser und ändert
die Periode der Faser-Gitter, während
sie nach vorne und nach hinten bewegt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden,
detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:
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1A zeigt
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen
eines Gitters für
optische Fasern;
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1B zeigt
eine Seitenansicht, die die herkömmliche
Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters für optische Fasern darstellt;
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2A zeigt
eine schematische Ansicht einer anderen, herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen
eines Gitters für
optische Fasern;
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2B zeigt
eine Seitenansicht, die die zweite, herkömmliche Vorrichtung zum Herstellen
eines Gitters für
optische Fasern darstellt;
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3A zeigt
eine schematische Ansicht einer dritten, herkömmlichen Vorrichtung zum Herstellen
eines Gitters für
optische Fasern;
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3B zeigt
eine Seitenansicht, die die dritte, herkömmliche Vorrichtung zum Herstellen
eines Gitters für
optische Fasern darstellt;
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4A zeigt
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Gitters für
optische Fasern gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4B zeigt
eine Seitenansicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters
für optische Fasern
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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5A zeigt
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Gitters für
optische Fasern gemäß einer
anderen, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5B zeigt
eine Seitenansicht, die die Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters
für optische
Fasern gemäß der zweiten,
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden ausreichend
bekannte Funktionen und Aufbauten nicht im Detail beschrieben, da
sie die Erfindung in unnötigem
Detail behindern würden.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen eines
Gitters für
optische Fasern gemäß der vorliegenden
Erfindung ist bei der Herstellung von Faser-Gittern, unter Verwendung
einer Maske, anwendbar.
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4A zeigt
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Gitters für
optische Fasern gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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4B zeigt
eine Seitenansicht, die die Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters
für optische
Fasern gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie die 4A und 4B zeigen,
ist die Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters für optische
Fasern gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aus einer optischen Faser 40,
befestigt an einem Träger,
einer Maske 42 zum Bilden von Mustern, die bei der Herstellung
von Gittern verwendet werden sollen, entlang der Richtung der optischen
Faser 40, einer UV-Lichtquelle zum Abgeben von UV-Licht 48,
einer Linse 46 zum Fokussieren des UV-Lichts 48,
und einer bewegbaren, konkaven Linse 44 zum Divergieren
des fokussierten UV-Lichts entlang der axialen Richtung der optischen
Faser 40 aufgebaut. Die Maske 42 besitzt eine
vorbestimmte Periode Λ und
Gitter werden auch in die optische Faser 40 mit einer Periode Λ hinein eingebracht
bzw. geschrieben.
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Die Maske 42 ist an einer
Position, beabstandet von der optischen Faser 40, fixiert,
insbesondere so nahe wie möglich
zu der optischen Faser 40, und die Faser-Gitter-Periode Λ wird durch
Bewegen der bewegbaren, konkaven Linse 44 geändert.
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Der geringe Abstand zwischen der
Maske 42 und der optischen Faser 40 minimiert
einen Diffraktionseffekt.
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5A zeigt
eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Gitters für
optische Fasern gemäß einer
anderen, bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 5B zeigt
eine Seitenansicht, die die Vorrichtung zum Her stellen eines Gitters
für optische
Fasern gemäß der zweiten,
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Wie die 5A und 5B zeigen,
ist die Vorrichtung zum Herstellen eines Gitters für optische
Fasern gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aus einer optischen Faser 50,
befestigt an einem Träger,
einer Maske 52 zum Bilden von Mustern, die bei der Herstellung von
Gittern verwendet werden sollen, entlang der Richtung der optischen
Faser 50, einer UV-Lichtquelle zum Abgeben von UV-Licht 58,
einer Linse 56 zum Fokussieren des UV-Lichts 58 und einer
bewegbaren, konkaven Linse 54 zum Divergieren des fokussierten UV-Lichts
entlang der axialen Richtung der optischen Faser 50 aufgebaut.
Die Maske 52 besitzt eine integrierte Multi-Periode-Maske
mit Perioden Λ1, Λ2 und Λ3, und Gitter
werden in die optische Faser 40 in einer ausgewählten Periode
hineingeschrieben.
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Die Maske 52 ist an einer
Position, beabstandet von der optischen Faser 50, fixiert,
insbesondere so nahe wie möglich
zu der optischen Faser 50, und die Faser-Gitter-Periode wird durch
Bewegen der bewegbaren, konkaven Linse 54 geändert.
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Der geringe Abstand zwischen der
Maske 52 und der optischen Faser 50 minimiert
einen Diffraktionseffekt. Da die Maske 52 von dem Faser-Gitter 50 um
einen festgelegten Abstand beabstandet ist, ist dabei kein Erfordernis
vorhanden, Änderungen
in den Bearbeitungsbedingungen zu berücksichtigen, was in dem herkömmlichen
Verfahren zum Herstellen eines Gitters für Fasern vorhanden war, da Änderungen
in dem Abstand zwischen einer Maske und einer optischen Faser unterschiedliche
Diffraktionseffekte hervorrufen.
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Falls eine Faser-Gitter-Periode zu
groß oder zu
klein in dem Verfahren zum Herstellen von Faser-Gittern wird, unter
Bewegung der konkaven Linse 54 in Pfeil-Richtungen dazu
hin und davon weg, wird ein geeigneter Periodenbereich der integrierten
Multi-Periode-Maske 52 durch
Einstellen der Höhe
der Maske 52 ausgewählt.
Auf diese Art und Weise können
Faser-Gitter in Längenrichtung
in der optischen Faser in unterschiedlichen Perioden hergestellt
werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie sie vorstehend beschrieben ist, werden ein Diffraktionseffekt
und die Verarbeitungszeit verringert und eine Verzerrung der Spektrum-Charakteristika der
Faser-Gitter wird verhindert, da die Faser-Gitter mit einer Maske,
beabstandet von einer optischen Faser um einen vorbestimmten Abstand,
insbesondere um einen minimalen Abstand, hergestellt werden. Weiterhin
entfernt der festgelegte Abstand zwischen der Maske und der optischen
Faser Diffraktionsvariationen, verursacht entsprechend der Wellenlängen von vorgesehenen
Faser-Gittern. Als Folge können
die Verarbeitungsbedingungen relativ akkurat abgeschätzt werden,
was dadurch eine Herstellung von Faser-Gittern erleichtert.
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Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen
davon dargestellt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass verschiedene Änderungen
in der Form und in Details vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.