JPH04360105A - 光波のスポット幅変換装置 - Google Patents
光波のスポット幅変換装置Info
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- JPH04360105A JPH04360105A JP4024802A JP2480292A JPH04360105A JP H04360105 A JPH04360105 A JP H04360105A JP 4024802 A JP4024802 A JP 4024802A JP 2480292 A JP2480292 A JP 2480292A JP H04360105 A JPH04360105 A JP H04360105A
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- Japan
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- waveguide
- light wave
- spot width
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- relatively large
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- 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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
-
- G—PHYSICS
- 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
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
- 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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、特に導波路中を導か
れる小さいスポット幅の光波を、同様に光導波路中を導
かれ小さいスポット幅に比べて大きいスポット幅を有す
る光波のスポット幅に適合する光波へ変換する装置に関
する。
れる小さいスポット幅の光波を、同様に光導波路中を導
かれ小さいスポット幅に比べて大きいスポット幅を有す
る光波のスポット幅に適合する光波へ変換する装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】単一モードファイバを光半導体デバイス
に結合する場合に、種々のスポット直径又は幅に基づい
て高い結合効率を達成するために光のモードを適合させ
ることが必要である。このことは通常マイクロレンズの
装置により行われるが、このような構成においては少な
くとも精密調節が必要である。
に結合する場合に、種々のスポット直径又は幅に基づい
て高い結合効率を達成するために光のモードを適合させ
ることが必要である。このことは通常マイクロレンズの
装置により行われるが、このような構成においては少な
くとも精密調節が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は前記
の種類の装置において、光学レンズを用いないでモード
適合を達成することにある。
の種類の装置において、光学レンズを用いないでモード
適合を達成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、第１の導波路中を長手軸線の方向へ導こうとする
小さいスポット幅の光波の小さいスポット幅に適合する
小さい入力端面を備える第１の集積光導波路と、適合す
る光波を長手軸線の方向へ導くために比較的大きいスポ
ット幅に適合する比較的大きい断面、及びこの適合する
光波を第２の導波路から出力するために比較的大きいス
ポット幅に適合する比較的大きい端面を備える第２の集
積光導波路とが、第１の導波路は第２の導波路の内部に
配置されるように軸線平行に配置され、第１の導波路中
を小さい端面から長手軸線の方向へ第２の導波路の比較
的大きい端面へ向かって導かれる小さいスポット幅の光
波が第２の導波路の中へ移し替えられ、第２の導波路中
を長手軸線の方向へ比較的大きい端面へ向かって伝播し
て適合する光波へ拡幅されることにより解決される。
づき、第１の導波路中を長手軸線の方向へ導こうとする
小さいスポット幅の光波の小さいスポット幅に適合する
小さい入力端面を備える第１の集積光導波路と、適合す
る光波を長手軸線の方向へ導くために比較的大きいスポ
ット幅に適合する比較的大きい断面、及びこの適合する
光波を第２の導波路から出力するために比較的大きいス
ポット幅に適合する比較的大きい端面を備える第２の集
積光導波路とが、第１の導波路は第２の導波路の内部に
配置されるように軸線平行に配置され、第１の導波路中
を小さい端面から長手軸線の方向へ第２の導波路の比較
的大きい端面へ向かって導かれる小さいスポット幅の光
波が第２の導波路の中へ移し替えられ、第２の導波路中
を長手軸線の方向へ比較的大きい端面へ向かって伝播し
て適合する光波へ拡幅されることにより解決される。
【０００５】
【発明の効果】この発明により得られる長所は特に、モ
ード適合を既に半導体チップ上で行うことができ、また
ファイバを容易に例えば突き合わせ結合又はファイバテ
ーパ部により半導体デバイスに結合できるということに
ある。
ード適合を既に半導体チップ上で行うことができ、また
ファイバを容易に例えば突き合わせ結合又はファイバテ
ーパ部により半導体デバイスに結合できるということに
ある。
【０００６】この発明の有利な実施態様は請求項２ない
し４に記載されている。
し４に記載されている。
【０００７】
【実施例】次にこの発明に基づく装置の複数の実施例を
示す図面により、この発明を詳細に説明する。なお図面
は実際の寸法によるものではない。
示す図面により、この発明を詳細に説明する。なお図面
は実際の寸法によるものではない。
【０００８】図１に示す実施例の場合には、第１の集積
光導波路１は例えば図４ｄに小さいスポット幅の光波を
入力する端面１１の平面図で示されているような層状導
波路である。第１の導波路１の層１４の厚さｄ１ は入
力しようとする光波のスポット４の垂直の小さいスポッ
ト幅Ｗ１ に適合している。この導波路の水平の幅は入
力しようとする光波のスポット４の水平の小さいスポッ
ト幅Ｗ１ ′に適合し、層１４から上に向かって突出す
るリッジ１０の幅ｄ１ ′により画成される。
光導波路１は例えば図４ｄに小さいスポット幅の光波を
入力する端面１１の平面図で示されているような層状導
波路である。第１の導波路１の層１４の厚さｄ１ は入
力しようとする光波のスポット４の垂直の小さいスポッ
ト幅Ｗ１ に適合している。この導波路の水平の幅は入
力しようとする光波のスポット４の水平の小さいスポッ
ト幅Ｗ１ ′に適合し、層１４から上に向かって突出す
るリッジ１０の幅ｄ１ ′により画成される。
【０００９】導波路１の層１４及びリッジ１０は例えば
ＩｎＧａＡｓＰから成り、この材料は第１の導波路１が
埋め込まれている例えばＩｎＰから成る材料より高い屈
折率を有する。
ＩｎＧａＡｓＰから成り、この材料は第１の導波路１が
埋め込まれている例えばＩｎＰから成る材料より高い屈
折率を有する。
【００１０】第２の集積光導波路２の導波層２３は小さ
い屈折率のこの又はこの種の材料から成り、層２３中に
第１の導波路１が配置され、層２３は第１の導波路１を
完全に囲む。
い屈折率のこの又はこの種の材料から成り、層２３中に
第１の導波路１が配置され、層２３は第１の導波路１を
完全に囲む。
【００１１】第２の導波路２は例えば図５ａに大きいス
ポット幅の光波を出力する端面２１の平面図で示された
導波路から成り、この導波路はｎ形にドープされたＩｎ
Ｐから成る二つの層２２、２４の間に配置されドープさ
れていないＩｎＰから成る層２３から成る。層２３の厚
さｄ２ は出力しようとする光波のスポット５の垂直の
大きいスポット幅Ｗ２ に適合する。この第２の導波路
２の水平の幅は出力しようとする光波のスポット５の水
平の大きいスポット幅Ｗ２ ′に適合し、層２３から下
に向かって突出するリッジ２０の幅ｄ２ ′により画成
される。
ポット幅の光波を出力する端面２１の平面図で示された
導波路から成り、この導波路はｎ形にドープされたＩｎ
Ｐから成る二つの層２２、２４の間に配置されドープさ
れていないＩｎＰから成る層２３から成る。層２３の厚
さｄ２ は出力しようとする光波のスポット５の垂直の
大きいスポット幅Ｗ２ に適合する。この第２の導波路
２の水平の幅は出力しようとする光波のスポット５の水
平の大きいスポット幅Ｗ２ ′に適合し、層２３から下
に向かって突出するリッジ２０の幅ｄ２ ′により画成
される。
【００１２】小さいスポット幅の光波を入力する第１の
導波路１の端面１１は第２の導波路２の一方の端面２５
上に存在する。大きいスポット幅の光波を出力する第２
の導波路２の端面２１は端面２５と反対側にある。
導波路１の端面１１は第２の導波路２の一方の端面２５
上に存在する。大きいスポット幅の光波を出力する第２
の導波路２の端面２１は端面２５と反対側にある。
【００１３】第１の導波路１は大きいスポット幅の光波
を出力する第２の導波路２の端面２１の前方で間隔Ｄ（
図２参照）を置いて終わっており、入力端面１１から長
手軸線の方向３１へ出力端面２１へ向かって薄くなって
いる。例えば図１ないし図３に示されているように、第
１の導波路１はその層１４及び第２の導波路２の層２３
の水平面に対し垂直に連続的に又は段階的に薄くなって
いる。層１４、２３の平面は図２及び図３において図の
紙面と直交しかつ第１及び第２の導波路１、２の長手軸
線３を含む。
を出力する第２の導波路２の端面２１の前方で間隔Ｄ（
図２参照）を置いて終わっており、入力端面１１から長
手軸線の方向３１へ出力端面２１へ向かって薄くなって
いる。例えば図１ないし図３に示されているように、第
１の導波路１はその層１４及び第２の導波路２の層２３
の水平面に対し垂直に連続的に又は段階的に薄くなって
いる。層１４、２３の平面は図２及び図３において図の
紙面と直交しかつ第１及び第２の導波路１、２の長手軸
線３を含む。
【００１４】薄くなる第１の導波路１は図２に破線６に
より示すように一般的には層１４、２３の平面に対しで
きるだけ対称に構成される。しかし図１ないし図３に示
すように薄くなる第１の導波路１がこの平面の片側にだ
け形成されるような、この平面に関して非対称な構成は
技術的に非常に容易に製作可能であり、しかも特に小さ
いスポット幅Ｗ１ が大きいスポット幅Ｗ２ より著し
く小さい例えば１ないし数桁だけスポット幅Ｗ２ より
小さいときには実際上の要求をほぼ満たすことができる
。これは例えば半導体レーザダイオードが光ファイバ例
えば単一モードファイバに結合される場合に問題となる
。
より示すように一般的には層１４、２３の平面に対しで
きるだけ対称に構成される。しかし図１ないし図３に示
すように薄くなる第１の導波路１がこの平面の片側にだ
け形成されるような、この平面に関して非対称な構成は
技術的に非常に容易に製作可能であり、しかも特に小さ
いスポット幅Ｗ１ が大きいスポット幅Ｗ２ より著し
く小さい例えば１ないし数桁だけスポット幅Ｗ２ より
小さいときには実際上の要求をほぼ満たすことができる
。これは例えば半導体レーザダイオードが光ファイバ例
えば単一モードファイバに結合される場合に問題となる
。
【００１５】薄くなる第１の導波路１中へ入力されて導
かれる光波が長手軸線の方向３１へ伝播する間に、光波
は第１の導波路１が薄くなることに基づき広がり、つい
には導波は第２の導波路２により引き継がれる。
かれる光波が長手軸線の方向３１へ伝播する間に、光波
は第１の導波路１が薄くなることに基づき広がり、つい
には導波は第２の導波路２により引き継がれる。
【００１６】層１４、２３の平面に平行な軸線３に対し
垂直な入力光波の拡幅はこの方向へ第１の導波路１を拡
幅することにより達成できる。図１の実施例では図に示
すようにリッジ１０を長手軸線の方向３１へ連続的に又
は段階的に広げれば十分である。
垂直な入力光波の拡幅はこの方向へ第１の導波路１を拡
幅することにより達成できる。図１の実施例では図に示
すようにリッジ１０を長手軸線の方向３１へ連続的に又
は段階的に広げれば十分である。
【００１７】薄くなる第１の導波路１の長手軸線の方向
３１における長さＬは、一般的には導かれるモードが断
熱的に相互に転換されるように選ばれる。薄くなる導波
路１が過度に短いと放射損失及び高次モードの励起を招
く。他方では第１の導波路１が過度に長いと必要なチッ
プ面積を増加させる。従って両者の有利な妥協を行うこ
とが望ましい。
３１における長さＬは、一般的には導かれるモードが断
熱的に相互に転換されるように選ばれる。薄くなる導波
路１が過度に短いと放射損失及び高次モードの励起を招
く。他方では第１の導波路１が過度に長いと必要なチッ
プ面積を増加させる。従って両者の有利な妥協を行うこ
とが望ましい。
【００１８】第１の光導波路１の構造は入力しようとす
る光波を発生させる構成部品例えばレーザ、増幅器、フ
ィルタ及び／又はスイッチの種類により決まり、これら
の構成部品はこの発明に基づく装置と共に共通なチップ
上に集積することができる。
る光波を発生させる構成部品例えばレーザ、増幅器、フ
ィルタ及び／又はスイッチの種類により決まり、これら
の構成部品はこの発明に基づく装置と共に共通なチップ
上に集積することができる。
【００１９】図４ｄに示され図１に示す実施例で用いら
れた第１の導波路１の構造のほかに、図４ａないし図４
ｃに示された第１の導波路１の実施例を用いることがで
きる。
れた第１の導波路１の構造のほかに、図４ａないし図４
ｃに示された第１の導波路１の実施例を用いることがで
きる。
【００２０】図４ａに示す実施例は図４ｄで設けられた
層１３の欠落により図４ｄに示す実施例と異なっている
。
層１３の欠落により図４ｄに示す実施例と異なっている
。
【００２１】図４ｂに示す実施例の場合には、水平のス
ポット幅Ｗ１ ′の幅ｄ１ ′に適合する層１４のリッ
ジ１０が層１３により分離され例えばＩｎＰから成る。
ポット幅Ｗ１ ′の幅ｄ１ ′に適合する層１４のリッ
ジ１０が層１３により分離され例えばＩｎＰから成る。
【００２２】図４ｃに示す実施例の場合には、導波路１
が厚さｄ１ 及び幅ｄ１ ′の帯状の層１４により画成
され、層１４は完全に材料１２中に埋め込まれている。 例えば層１４はｎ形にドープされたＩｎＰ又はＩｎＧａ
ＡｓＰから成り、周囲の材料１２はＩｎＰから成る。
が厚さｄ１ 及び幅ｄ１ ′の帯状の層１４により画成
され、層１４は完全に材料１２中に埋め込まれている。 例えば層１４はｎ形にドープされたＩｎＰ又はＩｎＧａ
ＡｓＰから成り、周囲の材料１２はＩｎＰから成る。
【００２３】第２の導波路２の構造はその端面２１に結
合しようとする部品例えば単一モードファイバにより決
まる。この第２の導波路２の形状寸法は、導かれる光波
ができるだけ良好に単一モードファイバ又は結合しよう
とする他の部品に適合するように設計すべきである。図
５ａに示す実施例のほかに第２の導波路２の別の可能な
実施例が図５ｂ及び図５ｃに示されている。
合しようとする部品例えば単一モードファイバにより決
まる。この第２の導波路２の形状寸法は、導かれる光波
ができるだけ良好に単一モードファイバ又は結合しよう
とする他の部品に適合するように設計すべきである。図
５ａに示す実施例のほかに第２の導波路２の別の可能な
実施例が図５ｂ及び図５ｃに示されている。
【００２４】図５ｂに示す実施例の場合には、導波層２
３はＩｎＧａＡｓＰから成り層２３に比べて薄い二つの
層２５、２６の間に配置され厚さｄ２ のＩｎＰから成
る層により画成される。第２の導波路２の幅ｄ２ ′は
この幅ｄ２ ′のＩｎＧａＡｓＰから成る別の薄い層２
７により画成される。この層２７は層２３から間隔ｄ３
を置いて配置され、層２５に隣接しＩｎＰから成る層
２２中に埋め込まれている。層２６にはＩｎＰから成る
層２４が隣接する。
３はＩｎＧａＡｓＰから成り層２３に比べて薄い二つの
層２５、２６の間に配置され厚さｄ２ のＩｎＰから成
る層により画成される。第２の導波路２の幅ｄ２ ′は
この幅ｄ２ ′のＩｎＧａＡｓＰから成る別の薄い層２
７により画成される。この層２７は層２３から間隔ｄ３
を置いて配置され、層２５に隣接しＩｎＰから成る層
２２中に埋め込まれている。層２６にはＩｎＰから成る
層２４が隣接する。
【００２５】図３に示す実施例は図５ｂに示す第２の導
波路２により実現され、その際図３では層２２中の層２
７は示されていない。
波路２により実現され、その際図３では層２２中の層２
７は示されていない。
【００２６】図５ｃに示す実施例は寸法を除いては第１
の導波路１の図４ｃに示す実施例に相応する。
の導波路１の図４ｃに示す実施例に相応する。
【００２７】第１の導波路１の図４ａないし図４ｄに示
す実施例及び第２の導波路２の図５ａないし図５ｃに示
す実施例は、製造技術と両立し得る限り任意に相互に組
み合わせることができる。
す実施例及び第２の導波路２の図５ａないし図５ｃに示
す実施例は、製造技術と両立し得る限り任意に相互に組
み合わせることができる。
【図１】この発明に基づく変換装置の一実施例の斜視図
である。
である。
【図２】図１に示す装置の矢印による断面図である。
【図３】図２に示す装置の変形例の断面図である。
【図４】ａ〜ｄはそれぞれ光波入力端面の異なる実施例
の平面図である。
の平面図である。
【図５】ａ〜ｃはそれぞれ光波出力端面の異なる実施例
の平面図である。
の平面図である。
１ 第１の光導波路
２ 第２の光導波路
１１ 入力端面
２１ 出力端面
３１ 長手軸線の方向
Ｄ 間隔
Ｗ１ 小さいスポット幅
Ｗ２ 大きいスポット幅
Claims (4)
- 【請求項１】 光導波路中を導かれる小さいスポット
幅（Ｗ１ ）の光波を、同様に光導波路中を導かれ小さ
いスポット幅（Ｗ１ ）に比べて大きいスポット幅（Ｗ
２ ）を有する光波のスポット幅（Ｗ２ ）に適合する
光波へ変換する装置において、第１の導波路（１）中を
長手軸線の方向（３１）へ導こうとする小さいスポット
幅（Ｗ１ ）の光波の小さいスポット幅（Ｗ１ ）に適
合する小さい入力端面（１１）を備える第１の集積光導
波路（１）と、適合する光波を長手軸線の方向（３１）
へ導くために比較的大きいスポット幅（Ｗ２ ）に適合
する比較的大きい断面、及びこの適合する光波を第２の
導波路（２）から出力するために比較的大きいスポット
幅（Ｗ２ ）に適合する比較的大きい端面（２１）を備
える第２の集積光導波路（２）とが、第１の導波路（１
）は第２の導波路（２）の内部に配置されるように軸線
平行に配置され、第１の導波路（１）中を小さい端面（
１１）から長手軸線の方向（３１）へ第２の導波路（２
）の比較的大きい端面（２１）へ向かって導かれる小さ
いスポット幅（Ｗ１ ）の光波が第２の導波路（２）の
中へ移し替えられ、第２の導波路（２）中を長手軸線の
方向（３１）へ比較的大きい端面（２１）へ向かって伝
播して適合する光波へ拡幅されることを特徴とする光波
のスポット幅変換装置。 - 【請求項２】 第１の導波路（１）が第２の導波路（
２）中で第２の導波路（２）の比較的大きい端面（２１
）の前方で間隔（Ｄ）を置いて終わっていることを特徴
とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 第１の導波路（１）が第２の導波路（
２）の比較的大きい端面（２１）の方向へテーパ状に薄
くなることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。 - 【請求項４】 第１の導波路（１）が第２の導波路（
２）の端面の方向へ幅広がりになることを特徴とする請
求項１ないし３の一つに記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4100991 | 1991-01-15 | ||
| DE4100991.6 | 1991-01-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360105A true JPH04360105A (ja) | 1992-12-14 |
| JP3151274B2 JP3151274B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=6423054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02480292A Expired - Lifetime JP3151274B2 (ja) | 1991-01-15 | 1992-01-13 | 光波のスポット幅変換装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5153935A (ja) |
| EP (1) | EP0495202B1 (ja) |
| JP (1) | JP3151274B2 (ja) |
| DE (1) | DE59107727D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096321A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Nec Corporation | 細線導波路とリッジ導波路とを低損失に接続することができる光結合器 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0498170B1 (de) * | 1991-02-08 | 1997-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Integriert optisches Bauelement für die Kopplung zwischen unterschiedlich dimensionierten Wellenleitern |
| US5323476A (en) * | 1992-08-14 | 1994-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for increasing the cross section of optical waves |
| WO1994015231A1 (de) * | 1992-12-29 | 1994-07-07 | Tomas Brenner | Verfahren zur herstellung optischer modenformadapter |
| DE69414208T2 (de) * | 1993-08-31 | 1999-03-25 | Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa | Optischer Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren |
| FR2730821B1 (fr) * | 1995-02-22 | 1997-04-30 | Alcatel Optronics | Guide optique segmente pouvant notamment etre inclus dans un dispositif semiconducteur |
| TW479387B (en) * | 1999-11-23 | 2002-03-11 | Nanovation Tech Inc | Optical waveguide having a weakly-confining waveguide section and a strongly-confining waveguide section ooptically coupled by a tapered neck |
| KR100315419B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2001-11-26 | 오길록 | 초고속 폴리머 마하-젠더 광변조기를 위한 진행파형코플라나 전극의 제조 방법 |
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| DE10123137C1 (de) * | 2001-04-30 | 2002-10-17 | Hertz Inst Heinrich | Integriert-optischer Feldweitentransformator zur adiabatischen, monomodigen Feldanpassung |
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| US20050123244A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-09 | Block Bruce A. | Embedded optical waveguide coupler |
Family Cites Families (7)
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