JP2003206149A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
光ファイバの製造方法Info
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- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
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- C03B37/01228—Removal of preform material
- C03B37/01231—Removal of preform material to form a longitudinal hole, e.g. by drilling
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- C03B37/01211—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
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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
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02214—Optical fibres with cladding with or without a coating tailored to obtain the desired dispersion, e.g. dispersion shifted, dispersion flattened
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- G02B6/02228—Dispersion flattened fibres, i.e. having a low dispersion variation over an extended wavelength range
- G02B6/02233—Dispersion flattened fibres, i.e. having a low dispersion variation over an extended wavelength range having at least two dispersion zero wavelengths
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- G02B6/02295—Microstructured optical fibre
- G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
- G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長尺で、分散特性が一定で、低損失のフォト
ニッククリスタル光ファイバを提供することにある。 【解決手段】 光の導波されるコア部5と、前記コア部
5の周囲に配置された、光の波長と同程度の直径の複数
個の空隙3からなる光ファイバの製造方法において、光
ファイバの元になるガラスロッド4に前記空隙を超音波
ドリル9で数個〜数百個程度開けた後、光ファイバに線
引きすることを特徴とする。
ニッククリスタル光ファイバを提供することにある。 【解決手段】 光の導波されるコア部5と、前記コア部
5の周囲に配置された、光の波長と同程度の直径の複数
個の空隙3からなる光ファイバの製造方法において、光
ファイバの元になるガラスロッド4に前記空隙を超音波
ドリル9で数個〜数百個程度開けた後、光ファイバに線
引きすることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの製造
方法に関する。例えば、光通信ネットワーク及び光信号
処理に用いられる伝送媒体に適用されるものである。
方法に関する。例えば、光通信ネットワーク及び光信号
処理に用いられる伝送媒体に適用されるものである。
【0002】
【従来の技術】これまでの光ファイバは、図6に示すよ
うに屈折率の高いコア部1の外側に屈折率の低いクラッ
ド部2を配置した構造のものであった。一方、フォトニ
ッククリスタル光ファイバ(PCF:Photonic Cristal
Fibers)は図7に示すように、単一のガラス、例えば純
石英ガラス4に、周期的に孔3を開けた構造となってい
る(J.C.knight,T.A.Birks,P.St.J.Russell, and D.M.A
tkin,"All-silica single-mode optical fiber with ph
otonic crystal cladding,"Opt. Lett.21,1547-1549(19
96))。隣接する孔3の間隔は全て等しくなっている。
うに屈折率の高いコア部1の外側に屈折率の低いクラッ
ド部2を配置した構造のものであった。一方、フォトニ
ッククリスタル光ファイバ(PCF:Photonic Cristal
Fibers)は図7に示すように、単一のガラス、例えば純
石英ガラス4に、周期的に孔3を開けた構造となってい
る(J.C.knight,T.A.Birks,P.St.J.Russell, and D.M.A
tkin,"All-silica single-mode optical fiber with ph
otonic crystal cladding,"Opt. Lett.21,1547-1549(19
96))。隣接する孔3の間隔は全て等しくなっている。
【0003】但し、このファイバの中心部には欠陥5、
即ち、孔の無い部分が配置されている。この欠陥5がコ
アとして動作し光を閉じ込める効果がある。この光ファ
イバを製造する従来方法を図8(a)に示す。図8
(a)に示すように、中心部には孔の開いていない六角
形のガラスロッド6を、その外側には孔が開いた六角形
のガラスパイプ7を配し、これらをガラスパイプ8の中
に挿入した後、約2000℃の高温で光ファイバに線引
きしていた。
即ち、孔の無い部分が配置されている。この欠陥5がコ
アとして動作し光を閉じ込める効果がある。この光ファ
イバを製造する従来方法を図8(a)に示す。図8
(a)に示すように、中心部には孔の開いていない六角
形のガラスロッド6を、その外側には孔が開いた六角形
のガラスパイプ7を配し、これらをガラスパイプ8の中
に挿入した後、約2000℃の高温で光ファイバに線引
きしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した光ファイバの
製造方法では、以下の問題点があった。 1)光ファイバ化するとき六角形のガラスロッド6が熱
により変形するため、ガラスパイプ7の孔の間隔、大き
さが変形し、設計どおりの孔にならず、歩留まりよく光
ファイバを作製することが出来なかった。 2)ガラスパイプ7を束ね、加熱延伸するとき、図8
(b)に示すように、ガラスパイプ7の孔径、位置など
が初期値から大きく変形するため、任意の位置に、任意
の大きさの孔を開けることが出来なかった。
製造方法では、以下の問題点があった。 1)光ファイバ化するとき六角形のガラスロッド6が熱
により変形するため、ガラスパイプ7の孔の間隔、大き
さが変形し、設計どおりの孔にならず、歩留まりよく光
ファイバを作製することが出来なかった。 2)ガラスパイプ7を束ね、加熱延伸するとき、図8
(b)に示すように、ガラスパイプ7の孔径、位置など
が初期値から大きく変形するため、任意の位置に、任意
の大きさの孔を開けることが出来なかった。
【0005】3)六角柱のガラスパイプ7を作製する際
に、パイプ7の側面を研削加工する必要があるが、加工
時の傷の発生及び、パイプ7を束ねた時の界面の不整合
がどうしても避けられない。そのため、束ねたパイプ7
を一体化するとき傷が消滅する前に気泡としてガラスの
内部に取り込まれてしまう。これはPCFに不要な孔を
付加することになるため、PCF作製上大きな問題とな
っていた。
に、パイプ7の側面を研削加工する必要があるが、加工
時の傷の発生及び、パイプ7を束ねた時の界面の不整合
がどうしても避けられない。そのため、束ねたパイプ7
を一体化するとき傷が消滅する前に気泡としてガラスの
内部に取り込まれてしまう。これはPCFに不要な孔を
付加することになるため、PCF作製上大きな問題とな
っていた。
【0006】以上、従来方法では、最長でも数百メート
ル程度と短いファイバしか製造できなかった。しかも、
光ファイバ長手方向に高精度の孔、孔間隔などを維持す
ることが出来ず、低損失の光ファイバを設計どおりに作
製することが出来ない。本発明は、長尺で、分散特性が
一定で、低損失のPCFを提供することにある。
ル程度と短いファイバしか製造できなかった。しかも、
光ファイバ長手方向に高精度の孔、孔間隔などを維持す
ることが出来ず、低損失の光ファイバを設計どおりに作
製することが出来ない。本発明は、長尺で、分散特性が
一定で、低損失のPCFを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述した問
題を解決するために、光ファイバの出発になるガラスロ
ッドに、超音波ドリルで孔を開ける。例えば、超音波ド
リルでガラスに内径3mmの孔を開ける場合には、内径
3±0.01mmの精度で開けることができる。また、
その孔の間隔を5mmとした場合、5±0.01mmの
精度で開けることが可能である。
題を解決するために、光ファイバの出発になるガラスロ
ッドに、超音波ドリルで孔を開ける。例えば、超音波ド
リルでガラスに内径3mmの孔を開ける場合には、内径
3±0.01mmの精度で開けることができる。また、
その孔の間隔を5mmとした場合、5±0.01mmの
精度で開けることが可能である。
【0008】従って、PCFの出発となる孔開きガラス
ロッドを高精度で作製することができる。超音波ドリル
で開けた孔は、内面の割れ、傷の発生が非常に少ない。
また、孔径、孔間隔などを孔の長手方向に高精度で保持
できるため、PCFに必要な精度の孔開けロッドを容易
に作成することが出来る。従来方法で問題になっていた
パイプ同士の組み立ての必要がないため傷の混入もな
い。
ロッドを高精度で作製することができる。超音波ドリル
で開けた孔は、内面の割れ、傷の発生が非常に少ない。
また、孔径、孔間隔などを孔の長手方向に高精度で保持
できるため、PCFに必要な精度の孔開けロッドを容易
に作成することが出来る。従来方法で問題になっていた
パイプ同士の組み立ての必要がないため傷の混入もな
い。
【0009】次に、この孔開きロッドを加熱炉で延伸加
工する。電気炉の温度分布を均一に保てば、孔の形状は
線引きした後もほとんど変化しない。従って、光ファイ
バ化後の孔形状を設計どおりに維持できるため、設計ど
おりの特性の光ファイバを歩留まりよく作成できる。
工する。電気炉の温度分布を均一に保てば、孔の形状は
線引きした後もほとんど変化しない。従って、光ファイ
バ化後の孔形状を設計どおりに維持できるため、設計ど
おりの特性の光ファイバを歩留まりよく作成できる。
【0010】
【発明の実施の形態】PCFの分散特性、MFD特性な
どは孔径d、孔間隔Λによって決まる。PCFを歩留ま
りよく製造するためには孔径、孔間隔などの再現性が重
要である。また、低損失のPCFを実現するためには、
1)出発となるガラスの損失(レーリー散乱損失、赤外
吸収損失など)が低いこと、2)孔の形状を光ファイバ
長手方向に維持すること、3)孔の面粗さを少なくする
こと、4)孔内面及び内部の不純物を低減することなど
が必要になる。
どは孔径d、孔間隔Λによって決まる。PCFを歩留ま
りよく製造するためには孔径、孔間隔などの再現性が重
要である。また、低損失のPCFを実現するためには、
1)出発となるガラスの損失(レーリー散乱損失、赤外
吸収損失など)が低いこと、2)孔の形状を光ファイバ
長手方向に維持すること、3)孔の面粗さを少なくする
こと、4)孔内面及び内部の不純物を低減することなど
が必要になる。
【0011】図1は、d/Λ=0.5とした場合の分散
の波長依存性を示す。Λが1.6μmの場合の零分散波
長は1.2μm、Λが1.9μmの場合には零分散波長
は1.68μmとなる。Λが0.3μm増加すると、零
分散波長は0.48μm増加する。図2はΛ=1.6μ
mとした場合の分散の波長依存性を示す。例えば、孔径
が0.8μmから0.9μmに増加すると零分散波長は
1.2μmから1.4μmに変化する。即ち、孔径が1
1%変化すると零分散波長は200nm変化する。従っ
て、零分散波長の変化を10nm程度におさえるために
は0.5%以下の孔径変動にしなければならない。
の波長依存性を示す。Λが1.6μmの場合の零分散波
長は1.2μm、Λが1.9μmの場合には零分散波長
は1.68μmとなる。Λが0.3μm増加すると、零
分散波長は0.48μm増加する。図2はΛ=1.6μ
mとした場合の分散の波長依存性を示す。例えば、孔径
が0.8μmから0.9μmに増加すると零分散波長は
1.2μmから1.4μmに変化する。即ち、孔径が1
1%変化すると零分散波長は200nm変化する。従っ
て、零分散波長の変化を10nm程度におさえるために
は0.5%以下の孔径変動にしなければならない。
【0012】本実施例による光ファイバの製造方法を図
3に示す。外径40mm、長さ200mmのガラスロッ
ド4に、超音波ドリル9で内径3mmの孔3を5mm間
隔で18個開けた。PCFでは、導波特性をもたせるた
めに中心部に孔のない欠陥5を配置している。孔を開け
た後のガラスロッドの一部を切断して孔の形状を測定し
た。孔径は3mm±10μm以内であった。また、孔間
隔は5mm±10μmであった。次に、孔の内径をフッ
酸にて洗浄後乾燥させた後、この孔の開いたロッドを電
気炉で加熱し、125μm径の光ファイバを線引きし
た。
3に示す。外径40mm、長さ200mmのガラスロッ
ド4に、超音波ドリル9で内径3mmの孔3を5mm間
隔で18個開けた。PCFでは、導波特性をもたせるた
めに中心部に孔のない欠陥5を配置している。孔を開け
た後のガラスロッドの一部を切断して孔の形状を測定し
た。孔径は3mm±10μm以内であった。また、孔間
隔は5mm±10μmであった。次に、孔の内径をフッ
酸にて洗浄後乾燥させた後、この孔の開いたロッドを電
気炉で加熱し、125μm径の光ファイバを線引きし
た。
【0013】作製した光ファイバ長は10kmであっ
た。光ファイバ線引き後、光ファイバを切断し、電子顕
微鏡で孔径、孔間隔を測定した。光ファイバ線引き後の
孔径は9.4μmであり、孔間隔は15.6μmであ
り、元の孔の開いたガラスロッドにおける孔の形状と相
似の孔開き光ファイバが実現でき、ファイバ全長にわた
って形状の変化はなかった。また、この光ファイバの光
損失は波長1.3μmで1dB/km、波長1.55μ
mでは0.5dB/kmと低損失であった。
た。光ファイバ線引き後、光ファイバを切断し、電子顕
微鏡で孔径、孔間隔を測定した。光ファイバ線引き後の
孔径は9.4μmであり、孔間隔は15.6μmであ
り、元の孔の開いたガラスロッドにおける孔の形状と相
似の孔開き光ファイバが実現でき、ファイバ全長にわた
って形状の変化はなかった。また、この光ファイバの光
損失は波長1.3μmで1dB/km、波長1.55μ
mでは0.5dB/kmと低損失であった。
【0014】図4に第2の実施例による光ファイバの製
造方法を説明する。図4(b)に示すように、外径40
mm、長さ200mmのガラスロッド4に、孔径14m
m、孔間隔2.9mmで90個の孔3を開けた。但し、
中心部には孔は開けていない欠陥5とした。このように
して作製した孔開きガラスロッド4を洗浄し乾燥させた
後、バーナーで外径8mmに延伸後、図4(b)に示す
ように、外径40mm、内径9mmのガラスパイプ10
に挿入し、125μm径の光ファイバに線引きした。光
ファイバ長は5kmであり、光ファイバ線引き後の孔径
は0.9μm、孔間隔は1.8μmであり、光ファイバ
全長で一定であった。
造方法を説明する。図4(b)に示すように、外径40
mm、長さ200mmのガラスロッド4に、孔径14m
m、孔間隔2.9mmで90個の孔3を開けた。但し、
中心部には孔は開けていない欠陥5とした。このように
して作製した孔開きガラスロッド4を洗浄し乾燥させた
後、バーナーで外径8mmに延伸後、図4(b)に示す
ように、外径40mm、内径9mmのガラスパイプ10
に挿入し、125μm径の光ファイバに線引きした。光
ファイバ長は5kmであり、光ファイバ線引き後の孔径
は0.9μm、孔間隔は1.8μmであり、光ファイバ
全長で一定であった。
【0015】損失は波長13μmで1dB/km、波長
1.55μmでは0.6dB/kmであった。このよう
にして作製したPCFの零分散波長は1.55mであ
り、波長155μmでの分散スロープは−0.1ps/
km/nm2であった。このPCFを用いて1.55μ
m零分散の分散シフトファイバの波長155μmでの分
散を補償した。その結果、波長1.5〜1.6μmでの
分散値は±0.1ps/km/nm2とすることができ
た。
1.55μmでは0.6dB/kmであった。このよう
にして作製したPCFの零分散波長は1.55mであ
り、波長155μmでの分散スロープは−0.1ps/
km/nm2であった。このPCFを用いて1.55μ
m零分散の分散シフトファイバの波長155μmでの分
散を補償した。その結果、波長1.5〜1.6μmでの
分散値は±0.1ps/km/nm2とすることができ
た。
【0016】図5に第3の実施例の光ファイバの製造方
法を説明する。実施例1に示すように、超音波ドリルを
用いて、外径40mm、孔径1.3mm、孔間隔2.8
mmの126個の孔をあけた。この孔開きガラスロッド
を外径10mmに延伸後、図5に示すように、VAD法
を用いてガラス合成用バーナ11で、延伸した孔開きガ
ラスロッド4の外周部にガラス微粒子12を堆積した
後、電気炉内で1700bに加熱し、外径50mm、孔
径0.33mmの出発ガラス母材を形成した。
法を説明する。実施例1に示すように、超音波ドリルを
用いて、外径40mm、孔径1.3mm、孔間隔2.8
mmの126個の孔をあけた。この孔開きガラスロッド
を外径10mmに延伸後、図5に示すように、VAD法
を用いてガラス合成用バーナ11で、延伸した孔開きガ
ラスロッド4の外周部にガラス微粒子12を堆積した
後、電気炉内で1700bに加熱し、外径50mm、孔
径0.33mmの出発ガラス母材を形成した。
【0017】この孔開きガラス材を光ファイバ線引き炉
により加熱し125μm径の光ファイバ10kmを作製
した。光ファイバ線引き後の孔径は0.83μm、孔間
隔は1.8μmであり、作製した光ファイバの全長に渡
って孔径、孔間隔は一定であった。また、作製した光フ
ァイバの損失は波長1.3μmで2dB/km、波長1
55μmでは0.5dB/kmであった。
により加熱し125μm径の光ファイバ10kmを作製
した。光ファイバ線引き後の孔径は0.83μm、孔間
隔は1.8μmであり、作製した光ファイバの全長に渡
って孔径、孔間隔は一定であった。また、作製した光フ
ァイバの損失は波長1.3μmで2dB/km、波長1
55μmでは0.5dB/kmであった。
【0018】零分散波長は1.31μm、波長1.31
μmでの分散スロープは−0.1ps/km/nm2で
あった。このファイバを用いて従来型のシングルモード
ファイバ(SMF)の波長13〜1.4μmでの分散を
補償した。その結果、波長1.3〜1.4μmでの分散
値は±0.1ps/km/nm2とすることができた。
μmでの分散スロープは−0.1ps/km/nm2で
あった。このファイバを用いて従来型のシングルモード
ファイバ(SMF)の波長13〜1.4μmでの分散を
補償した。その結果、波長1.3〜1.4μmでの分散
値は±0.1ps/km/nm2とすることができた。
【0019】このように説明したように、本発明は、光
通信ネットワーク並びに光信号処理に用いられる伝送媒
体において、光ファイバの元となるガラスロッドに超音
波ドリルで空隙を開けた後、光ファイバに線引きするこ
とを特徴とするフォトニッククリスタル光ファイバの製
造方法である。従って、本発明によれば、ガラスロッド
に高精度の空隙を設け、線引きすることで、長尺でか
つ、孔径・孔間隔など設計どおりの分散特性が一定、低
損失な光ファイバを容易に歩留り良く製造することが可
能となる。
通信ネットワーク並びに光信号処理に用いられる伝送媒
体において、光ファイバの元となるガラスロッドに超音
波ドリルで空隙を開けた後、光ファイバに線引きするこ
とを特徴とするフォトニッククリスタル光ファイバの製
造方法である。従って、本発明によれば、ガラスロッド
に高精度の空隙を設け、線引きすることで、長尺でか
つ、孔径・孔間隔など設計どおりの分散特性が一定、低
損失な光ファイバを容易に歩留り良く製造することが可
能となる。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によると、径の変化の少ない(μm程
度)正確な孔を数個〜数百個、孔間隔を等しく加工でき
る。この後、通常の線引きを行なうことにより、孔の大
きさ間隔などは、初期の孔形状と相似変形するため、設
計どおりの光ファイバを容易に作製することが出来る。
本発明によると、孔と孔の間には、ガラスの接続部が存
在しないため、構造不整による損失が発生しない。この
ため、設計どおりに長尺の低損失の光ファイバを歩留ま
りよく製造できる。本発明は、分散を補償し、非線形効
果を利用したデバイス、偏波を保持する光ファイバなど
に広く利用できるものである。
たように、本発明によると、径の変化の少ない(μm程
度)正確な孔を数個〜数百個、孔間隔を等しく加工でき
る。この後、通常の線引きを行なうことにより、孔の大
きさ間隔などは、初期の孔形状と相似変形するため、設
計どおりの光ファイバを容易に作製することが出来る。
本発明によると、孔と孔の間には、ガラスの接続部が存
在しないため、構造不整による損失が発生しない。この
ため、設計どおりに長尺の低損失の光ファイバを歩留ま
りよく製造できる。本発明は、分散を補償し、非線形効
果を利用したデバイス、偏波を保持する光ファイバなど
に広く利用できるものである。
【図1】d/Λ=0.5とした場合の分散と波長の関係
を表したグラフである。
を表したグラフである。
【図2】Λ=16μmとした場合の分散と波長の関係を
表したグラフである。
表したグラフである。
【図3】本発明の光ファイバの製造方法を示す斜視図で
ある。
ある。
【図4】本発明による光ファイバの他の製造方法を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図5】本発明による光ファイバの他の製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図6】従来型の光ファイバ構造を示す説明図である。
【図7】PCF構造を示す平面図である。
【図8】従来のPCFの製造方法を示す平面図である。
1 従来ファイバのコア
2 従来ファイバのクラッド
3 PCFの孔
4 純石英ガラス
5 欠陥
6 六角形のガラスロッド
7 中心部に孔の開いた六角形のガラスパイプ
8 六角形のガラスロッド及び孔の開いた六角形のガラ
スロッドを挿入するたのガラスパイプ 9 超音波ドリル 10 孔開けガラスロッドを挿入するための純石英ガラ
スパイプ 11 ガラス合成用バーナー 12 ガラスバーナ11で形成されたガラス微粒子堆積
体
スロッドを挿入するたのガラスパイプ 9 超音波ドリル 10 孔開けガラスロッドを挿入するための純石英ガラ
スパイプ 11 ガラス合成用バーナー 12 ガラスバーナ11で形成されたガラス微粒子堆積
体
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(72)発明者 黒河 賢二
東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 中島 和秀
東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 吉澤 信幸
東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日
本電信電話株式会社内
Fターム(参考) 2H050 AB01Z AD01
4G021 BA00
Claims (3)
- 【請求項1】 光の導波されるコア部と、前記コア部の
周囲に配置された、光の波長と同程度の直径の複数個の
空隙からなる光ファイバを製造する方法において、光フ
ァイバの元になるガラスロッドに前記空隙を超音波ドリ
ルで数個〜数百個程度開けた後、光ファイバに線引きす
ることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の孔開けガラスロッドを加
熱延伸後、該ロッドをガラスパイプに挿入した後、光フ
ァイバに線引きすることを特徴とする光ファイバの製造
方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の孔開けガラスロッドの
外側にクラッド部となるスス状のガラスを堆積させた
後、加熱し、透明ガラス化することを特徴とする光ファ
イバの製造方法。
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- 2002-01-09 JP JP2002001980A patent/JP2003206149A/ja active Pending
-
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- 2003-01-02 EP EP03000005A patent/EP1327611A3/en not_active Withdrawn
- 2003-01-09 US US10/339,228 patent/US20030136154A1/en not_active Abandoned
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