JPH0723927B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
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- JPH0723927B2 JPH0723927B2 JP58145531A JP14553183A JPH0723927B2 JP H0723927 B2 JPH0723927 B2 JP H0723927B2 JP 58145531 A JP58145531 A JP 58145531A JP 14553183 A JP14553183 A JP 14553183A JP H0723927 B2 JPH0723927 B2 JP H0723927B2
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- Japan
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- thin film
- optical waveguide
- refractive index
- thickness
- optical
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
-
- 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
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/132—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （ａ） 発明の技術分野 本発明は光導波路の製造方法、特に寸法及び屈折率が正
確に制御され、かつ屈折率が均一に或いは意図する如く
なめらかに分布する光導波路の製造方法に関する。
確に制御され、かつ屈折率が均一に或いは意図する如く
なめらかに分布する光導波路の製造方法に関する。
（ｂ） 技術の背景 光を情報伝送の媒体とするシステムにおいては多種の光
回路素子が用いられるが、システムの高度化或いはより
広範囲な普及のために、これらの光回路素子の特性の向
上、小型化、集積化或いは生産性の向上が一段と要望さ
れている。
回路素子が用いられるが、システムの高度化或いはより
広範囲な普及のために、これらの光回路素子の特性の向
上、小型化、集積化或いは生産性の向上が一段と要望さ
れている。
これらの光回路素子の多くは信号光の伝搬に光導波路が
用いられ、光回路素子に共通する基本的技術として光導
波路技術は光通信システム等の進歩のために極めて重要
である。
用いられ、光回路素子に共通する基本的技術として光導
波路技術は光通信システム等の進歩のために極めて重要
である。
（ｃ） 従来技術と問題点 光導波路は周知の如く高屈折率を有する導波部と、これ
を包囲する低屈折率部とから成り立っている。光導波路
を形成する従来方法としては、例えば拡散法、スパッタ
リング法、エピタキシヤル成長法などがある。
を包囲する低屈折率部とから成り立っている。光導波路
を形成する従来方法としては、例えば拡散法、スパッタ
リング法、エピタキシヤル成長法などがある。
拡散法はバルク結晶内に不純物を拡散させたり、結晶内
の一部の構成原子を放出させたりすることによって、結
晶内部に高屈折率層を形成する。前者の例としては、ニ
オブ酸リチウム（LiNbO3）にチタン（Ti）等の金属を拡
散させる金属拡散導波路があり、後者の例としてはLiNb
O3を加熱して酸化リチウム（LiO2）を放出して異常光線
屈折率を増加させる例がある。
の一部の構成原子を放出させたりすることによって、結
晶内部に高屈折率層を形成する。前者の例としては、ニ
オブ酸リチウム（LiNbO3）にチタン（Ti）等の金属を拡
散させる金属拡散導波路があり、後者の例としてはLiNb
O3を加熱して酸化リチウム（LiO2）を放出して異常光線
屈折率を増加させる例がある。
スパッタリング法としてはガラス基板上に屈折率がこれ
より大きいガラス薄膜を高周波スパッタリングで形成す
ることがしばしば行なわれている。またエピタキシヤル
成長法は例えば、タンタル酸リチウム（LiTaO3）基板上
にLiNbO3を、或いは砒化ガリウム（GaAs）基板上に砒化
アルミニウム・ガリウム（AlGaAs）をエピタキシヤル成
長することによって光導波路を形成する。
より大きいガラス薄膜を高周波スパッタリングで形成す
ることがしばしば行なわれている。またエピタキシヤル
成長法は例えば、タンタル酸リチウム（LiTaO3）基板上
にLiNbO3を、或いは砒化ガリウム（GaAs）基板上に砒化
アルミニウム・ガリウム（AlGaAs）をエピタキシヤル成
長することによって光導波路を形成する。
光回路素子に用いる光導波路については、例えば伝送損
失を低減するために、或いは単一モード伝送のためにな
ど、光導波路の形状及び寸法、ガイド屈折率及び屈折率
分布などが厳密に最適化されることがますます必要とな
りつつある。
失を低減するために、或いは単一モード伝送のためにな
ど、光導波路の形状及び寸法、ガイド屈折率及び屈折率
分布などが厳密に最適化されることがますます必要とな
りつつある。
しかしながら例えば前記拡散法による場合には屈折率の
変化は連続的であって前記要求の達成は不可能であり、
また従来のスパッタリング法、或いは蒸着法等による場
合には、例えば２種の光学材料を選択された比率で混合
被着することによって屈折率を制御することが原理的に
は考えられるが、これを正確に実現することは極めて困
難である。エピタキシヤル成長法もまた同様な実施上の
困難性があり、かつ、基板及び成長層形成材料が限定さ
れる。
変化は連続的であって前記要求の達成は不可能であり、
また従来のスパッタリング法、或いは蒸着法等による場
合には、例えば２種の光学材料を選択された比率で混合
被着することによって屈折率を制御することが原理的に
は考えられるが、これを正確に実現することは極めて困
難である。エピタキシヤル成長法もまた同様な実施上の
困難性があり、かつ、基板及び成長層形成材料が限定さ
れる。
以上説明した如く、従来方法によっては前記の如き要求
に対処することは不可能であって、広い選択範囲につい
て、良好な制御性を有する光導波路の製造方法が要求さ
れている。
に対処することは不可能であって、広い選択範囲につい
て、良好な制御性を有する光導波路の製造方法が要求さ
れている。
（ｄ） 発明の目的 本発明は、導波路屈折率を広範囲かつ精密に選択するこ
とができ、更に最適の屈折率分布を容易に実現すること
が可能な光導波路の製造方法を提供することを目的とす
る。
とができ、更に最適の屈折率分布を容易に実現すること
が可能な光導波路の製造方法を提供することを目的とす
る。
（ｅ） 発明の構成 本発明の前記目的は、基板上に、屈折率が異なる複数の
光学的複合材料もしくは金属材料薄膜を積層する工程
と、該薄膜を構成する成分を積層された薄膜の間で相互
に拡散せしめることによって該積層された薄膜を一体化
し、該一体化した薄膜の内部に上記成分の所定の分布を
形成する工程と、該一体化した薄膜の内部に上記成分の
分布に対応した所定の屈折率の分布を有する光導波路を
形成する工程とを含む光導波路の製造方法によって達成
される。
光学的複合材料もしくは金属材料薄膜を積層する工程
と、該薄膜を構成する成分を積層された薄膜の間で相互
に拡散せしめることによって該積層された薄膜を一体化
し、該一体化した薄膜の内部に上記成分の所定の分布を
形成する工程と、該一体化した薄膜の内部に上記成分の
分布に対応した所定の屈折率の分布を有する光導波路を
形成する工程とを含む光導波路の製造方法によって達成
される。
本発明の実施態様の第１は、屈折率が相互に異なる光学
材料の組合せ並びに各薄膜の厚さが意図する屈折率及び
その分布に即して選択された薄膜を多くは反復して積層
する前記製造方法である。
材料の組合せ並びに各薄膜の厚さが意図する屈折率及び
その分布に即して選択された薄膜を多くは反復して積層
する前記製造方法である。
また第２の実施態様は、光学薄膜と金属薄膜とを多くは
反復して積層し、金属薄膜として導入された金属原子を
拡散する前記製造方法である。この製造方法において
も、意図する屈折率及びその分布に即して光学薄膜材料
及び金属薄膜材料の組合せ及び各薄膜、特に光学薄膜の
厚さが選択される。
反復して積層し、金属薄膜として導入された金属原子を
拡散する前記製造方法である。この製造方法において
も、意図する屈折率及びその分布に即して光学薄膜材料
及び金属薄膜材料の組合せ及び各薄膜、特に光学薄膜の
厚さが選択される。
（ｆ） 発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
する。
第１図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第１の実施例である
ステップ構造光導波路にかかり、（ａ）は薄膜積層構造
の模式断面図、（ｂ）は相互拡散処理後の同一部分、す
なわち形成された光導波路の模式断面図、（ｃ）は該光
導波路及びその近傍の屈折率分布を示す図である。
ステップ構造光導波路にかかり、（ａ）は薄膜積層構造
の模式断面図、（ｂ）は相互拡散処理後の同一部分、す
なわち形成された光導波路の模式断面図、（ｃ）は該光
導波路及びその近傍の屈折率分布を示す図である。
本実施例においては薄膜１は二酸化シリコン（SiO2）、
薄膜２は酸化（TiO2）を材料として、石英基板３上に交
互に積層して形成されている。各薄膜の厚さは100
〔Å〕程度以下とし、薄膜１と薄膜２との厚さの比は光
導波路の屈折率の目的値によって決定される。また積層
された薄膜の合計厚さは光導波路の厚さで、シングルモ
ードの場合２乃至10〔μｍ〕程度とする。本実施例にお
いてはこれらの薄膜はマグネトロンスパッタリング法に
よって形成しており、二種類の薄膜の厚さの比率はター
ゲット電圧などによって制御することができる。
薄膜２は酸化（TiO2）を材料として、石英基板３上に交
互に積層して形成されている。各薄膜の厚さは100
〔Å〕程度以下とし、薄膜１と薄膜２との厚さの比は光
導波路の屈折率の目的値によって決定される。また積層
された薄膜の合計厚さは光導波路の厚さで、シングルモ
ードの場合２乃至10〔μｍ〕程度とする。本実施例にお
いてはこれらの薄膜はマグネトロンスパッタリング法に
よって形成しており、二種類の薄膜の厚さの比率はター
ゲット電圧などによって制御することができる。
この様にして形成した薄膜積層構造に温度400乃至1500
〔℃〕程度において、数時間乃至十数時間程度の加熱処
理を行ないSiO2薄膜１とTiO2薄膜２との間に相互拡散を
行なわせて均一な組成の光導波路４を得る。先に述べた
如く各薄膜の厚さを100〔Å〕程度以下とすることによ
って、組成の均一化は容易に実現される。
〔℃〕程度において、数時間乃至十数時間程度の加熱処
理を行ないSiO2薄膜１とTiO2薄膜２との間に相互拡散を
行なわせて均一な組成の光導波路４を得る。先に述べた
如く各薄膜の厚さを100〔Å〕程度以下とすることによ
って、組成の均一化は容易に実現される。
前記実施例においては、SiO2薄膜１の厚さを約20
〔Å〕、TiO2薄膜２の等価的な膜厚を約0.6〔Å〕とし
て合計厚さ約４〔μｍ〕に積層して、波長λ＝0.633
〔μｍ〕の光に対する屈折率は、SiO2薄膜のn1＝1.477,
TiO2薄膜のn2＝2.3,に対して光導波路はnf＝1.496を得
ている。
〔Å〕、TiO2薄膜２の等価的な膜厚を約0.6〔Å〕とし
て合計厚さ約４〔μｍ〕に積層して、波長λ＝0.633
〔μｍ〕の光に対する屈折率は、SiO2薄膜のn1＝1.477,
TiO2薄膜のn2＝2.3,に対して光導波路はnf＝1.496を得
ている。
ここで「等価的な膜厚」とは、通常使われる膜厚の概念
ではなくスパッタにより生膜される物質の分子が積重な
る前の状態を示すものとする。つまり、スパッタ時間が
非常に短い場合、分子は基板面内に散在し面内はスパッ
タ分子で覆われていない、この場合、まだ膜を構成して
いないため、このようなものに対して膜厚という表現は
適当でないが、ここではスパッタされ面内に付いている
分子の量の便利的な表現方法として「等価的な膜厚」と
いう表現を用いる。具体的には、例えば厚さ60〔Å〕の
SiO2膜を構成している分子の数（単位面積×厚さの中の
分子の数）1i/100の分子が面内散在している場合、等価
的な膜厚は0.6Åとなる。以下、この表現を同様の意味
で使用する。
ではなくスパッタにより生膜される物質の分子が積重な
る前の状態を示すものとする。つまり、スパッタ時間が
非常に短い場合、分子は基板面内に散在し面内はスパッ
タ分子で覆われていない、この場合、まだ膜を構成して
いないため、このようなものに対して膜厚という表現は
適当でないが、ここではスパッタされ面内に付いている
分子の量の便利的な表現方法として「等価的な膜厚」と
いう表現を用いる。具体的には、例えば厚さ60〔Å〕の
SiO2膜を構成している分子の数（単位面積×厚さの中の
分子の数）1i/100の分子が面内散在している場合、等価
的な膜厚は0.6Åとなる。以下、この表現を同様の意味
で使用する。
次に第２図（ａ）及び（ｂ）は屈折率分布型光導波路に
かかる第２の実施例の薄膜積層構造の模式断面図及び光
導波路の屈折率分布を示す図である。本実施例において
は中心部でSiO2薄膜１の等価的な膜厚約２〔Å〕に対し
てTiO2薄膜２の厚さ約20〔Å〕，基板３及び雰囲気側で
SiO2薄膜１の厚さ約20〔Å〕に対してTiO2薄膜２の等価
的な膜厚を約0.6〔Å〕としてこの間を連続的に徐々に
変化させる。この様にして得られた光導波路は図に示す
如くnf＝1.477乃至2.20の屈折率分布を有する。
かかる第２の実施例の薄膜積層構造の模式断面図及び光
導波路の屈折率分布を示す図である。本実施例において
は中心部でSiO2薄膜１の等価的な膜厚約２〔Å〕に対し
てTiO2薄膜２の厚さ約20〔Å〕，基板３及び雰囲気側で
SiO2薄膜１の厚さ約20〔Å〕に対してTiO2薄膜２の等価
的な膜厚を約0.6〔Å〕としてこの間を連続的に徐々に
変化させる。この様にして得られた光導波路は図に示す
如くnf＝1.477乃至2.20の屈折率分布を有する。
また第３図はステップ構造光導波路にかかる第３の実施
例の薄膜積層構造の模式断面図である。
例の薄膜積層構造の模式断面図である。
本実施例においては、膜厚11はSiO2薄膜であって前記実
施例と同様であるが、薄膜12はチタン（Ti）薄膜であ
る。この様に金属薄膜を用いる場合にはその等価的な厚
さを例えばSiO2薄膜の厚さの3/100程度以下、すなわち
３〔Å〕程度以下とする。
施例と同様であるが、薄膜12はチタン（Ti）薄膜であ
る。この様に金属薄膜を用いる場合にはその等価的な厚
さを例えばSiO2薄膜の厚さの3/100程度以下、すなわち
３〔Å〕程度以下とする。
これに前記実施例と同様な加熱処理を行なうことによっ
てTixSiyOzよりなる光導波路が形成される。この光導波
路が光学的に見て均一でありかつ光吸収率の増大などに
到らない、 SiO2,酸化アルミニウム（Al2O3）LiNbO3等の酸化物光学
材料に対するTi,タンタル（Ta），アルミニウム（Al）
などの金属の拡散可能量から金属薄膜厚さの前記上限が
設定される。
てTixSiyOzよりなる光導波路が形成される。この光導波
路が光学的に見て均一でありかつ光吸収率の増大などに
到らない、 SiO2,酸化アルミニウム（Al2O3）LiNbO3等の酸化物光学
材料に対するTi,タンタル（Ta），アルミニウム（Al）
などの金属の拡散可能量から金属薄膜厚さの前記上限が
設定される。
本実施例においては、SiO2膜厚11の厚さを約20〔Å〕Ti
薄膜12の等価的な膜厚を約0.3〔Å〕として光導波路の
屈折率nf＝1.49を得ている。
薄膜12の等価的な膜厚を約0.3〔Å〕として光導波路の
屈折率nf＝1.49を得ている。
なお前記第２の実施例と同様にTi薄膜12の厚さを順次変
化させて積層厚さの中央部において最大とすることによ
り、或いはSiO2膜厚11の厚さを中央部において最小とす
ること、又は両者を併用することによって屈折率分布型
光導波路を形成することができる。
化させて積層厚さの中央部において最大とすることによ
り、或いはSiO2膜厚11の厚さを中央部において最小とす
ること、又は両者を併用することによって屈折率分布型
光導波路を形成することができる。
以上説明した各実施例においては何れも２種の材料を用
いて薄膜を交互に形成しているが、例えば屈折率分布型
光導波路を形成する場合等において、第４図（ａ）に示
す模式断面図を示す第４の実施例の如く、３種以上の薄
膜を用いて屈折率の選択的分布を容易にし、或いは選択
範囲を拡大してもよい。すなわち、本実施例において
は、21はSiO2薄膜,22はTiO2薄膜,23はシリコン（Si）薄
膜であって、図に示す如く屈折率を大きくする光導波路
の中央近傍においてのみ薄膜23を挿入することによっ
て、第４図（ｂ）に示す屈折率分布を得ている。
いて薄膜を交互に形成しているが、例えば屈折率分布型
光導波路を形成する場合等において、第４図（ａ）に示
す模式断面図を示す第４の実施例の如く、３種以上の薄
膜を用いて屈折率の選択的分布を容易にし、或いは選択
範囲を拡大してもよい。すなわち、本実施例において
は、21はSiO2薄膜,22はTiO2薄膜,23はシリコン（Si）薄
膜であって、図に示す如く屈折率を大きくする光導波路
の中央近傍においてのみ薄膜23を挿入することによっ
て、第４図（ｂ）に示す屈折率分布を得ている。
以上説明した各実施例は石英基板を用い、薄膜をSiO2,T
iO2及びTiなどによって形成しているが、基板と薄膜の
材料の広範囲な組合せに対して本発明を実施することが
可能であって、多種の光回路素子の光導波路の形成に適
用することができる。
iO2及びTiなどによって形成しているが、基板と薄膜の
材料の広範囲な組合せに対して本発明を実施することが
可能であって、多種の光回路素子の光導波路の形成に適
用することができる。
（ｇ） 発明の効果 以上説明した如く本発明によれば、多種の光回路素子等
について、寸法及び屈折率が精確に制御され、かつ、屈
折率が均一に或いは意図する如くなめらかに分布する光
導波路を再現性良く製造することができ、光を情報伝送
の媒体とするシステムの進展に大きく寄与する。
について、寸法及び屈折率が精確に制御され、かつ、屈
折率が均一に或いは意図する如くなめらかに分布する光
導波路を再現性良く製造することができ、光を情報伝送
の媒体とするシステムの進展に大きく寄与する。
第１図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第１の実施例にかか
り、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面図、（ｂ）は形成
された光導波路の模式断面図、（ｃ）は屈折率の分布を
示す、第２図（ａ）及び（ｂ）は第２の実施例にかか
り、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面図、（ｂ）は光導
波路の屈折率分布を示す。第３図は第３の実施例の薄膜
積層構造の模式断面図、第４図（ａ）及び（ｂ）は第４
の実施例にかかり、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面
図、（ｂ）は光導波路の屈折率分布を示す。 図において、1,11及び21はSiO2薄膜、２及び22はTiO2薄
膜、12はTi薄膜、23はSi薄膜、３は石英基板、４は光導
波路を示す。
り、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面図、（ｂ）は形成
された光導波路の模式断面図、（ｃ）は屈折率の分布を
示す、第２図（ａ）及び（ｂ）は第２の実施例にかか
り、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面図、（ｂ）は光導
波路の屈折率分布を示す。第３図は第３の実施例の薄膜
積層構造の模式断面図、第４図（ａ）及び（ｂ）は第４
の実施例にかかり、（ａ）は薄膜積層構造の模式断面
図、（ｂ）は光導波路の屈折率分布を示す。 図において、1,11及び21はSiO2薄膜、２及び22はTiO2薄
膜、12はTi薄膜、23はSi薄膜、３は石英基板、４は光導
波路を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に、屈折率が異なる複数の光学的複
合材料もしくは金属材料薄膜を積層する工程と、該薄膜
を構成する成分を積層された薄膜の間で相互に拡散せし
めることによって該積層された薄膜を一体化し、該一体
化した薄膜の内部に上記成分の所定の分布を形成する工
程と、該一体化した薄膜の内部に上記成分の分布に対応
した所定の屈折率の分布を有する光導波路を形成する工
程とを含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58145531A JPH0723927B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58145531A JPH0723927B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 光導波路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6037504A JPS6037504A (ja) | 1985-02-26 |
| JPH0723927B2 true JPH0723927B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=15387358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58145531A Expired - Lifetime JPH0723927B2 (ja) | 1983-08-09 | 1983-08-09 | 光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723927B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10133019C1 (de) * | 2001-07-06 | 2003-01-30 | Hermann Heye I Ins Fa | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines frei fallenden, schmelzflüssigen Glastropfens |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63113507A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Hitachi Ltd | 光導波路およびその製造法 |
| JPH01230005A (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 多層膜光導波路 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5339563U (ja) * | 1976-09-10 | 1978-04-06 | ||
| JPS5515001A (en) * | 1978-07-18 | 1980-02-01 | Ricoh Co Ltd | Screwing-in quantity set mechanism |
| JPS5855647B2 (ja) * | 1978-08-29 | 1983-12-10 | 東芝機械株式会社 | 温度補償型ソレノイド |
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| JPS5863902A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | Fujitsu Ltd | 光導波路の調整方法 |
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-
1983
- 1983-08-09 JP JP58145531A patent/JPH0723927B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10133019C1 (de) * | 2001-07-06 | 2003-01-30 | Hermann Heye I Ins Fa | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines frei fallenden, schmelzflüssigen Glastropfens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6037504A (ja) | 1985-02-26 |
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