波导光放大器的制作方法

1.本技术属于光放大器技术领域，具体涉及波导光放大器。


背景技术：

2.光放大器是基础光学器件，也是未来光器件小型化，集成化的重要光学器件之一，现广泛应用于光器件互连及光通信网络中。但是目前主流光放大器的尺寸较大，无法满足光放大器小型化、集成化的市场需求及技术趋势。


技术实现要素：

3.鉴于此，本技术提供了一种波导光放大器，包括：
4.增益波导组件，包括弯折连接的第一增益波导与第二增益波导，所述第一增益波导具有入射端，所述第二增益波导具有出射端，至少部分所述第一增益波导靠近至少部分所述第二增益波导，以使信号在所述第一增益波导内的传输方向与在所述第二增益波导内的传输方向相反；
5.泵浦波导，包覆至少部分所述增益波导组件，且至少部分所述泵浦波导同时包覆相互靠近的所述第一增益波导与所述第二增益波导。
6.本技术首先将增益波导组件分成弯折连接的第一增益波导与第二增益波导，同时还使至少部分所述第一增益波导靠近至少部分所述第二增益波导，即将一根较长的增益波导弯折成两段或多段增益波导，从而减少增益波导组件所占的尺寸。并且这样弯折设置后，信号在所述第一增益波导内的传输方向与在所述第二增益波导内的传输方向相反。
7.另外，本技术通过使泵浦波导包覆所述增益波导组件，且至少部分所述泵浦波导同时包覆相互靠近的所述第一增益波导与所述第二增益波导。现有技术中泵浦波导只包覆一个增益波导，并且为了防止相邻的波导接触时会存在耦合串扰现象，相邻的泵浦波导之间会存在间距。而本技术利用泵浦波导同时包覆相互靠近的所述第一增益波导与所述第二增益波导，即使泵浦波导同时包覆两个或多个增益波导，因此可减少泵浦波导的长度及相邻的泵浦波导之间间距的数量，还可减少包覆在一起的增益波导之间的间距，从而减少波导光放大器的尺寸，最终减小芯片的尺寸；由于泵浦波导同时包覆了传输方向相反的增益波导，单个泵浦光源也可实现双向泵浦，进一步减小光放大器的尺寸，达到用户的需求。
8.其中，所述泵浦波导包括相连接的第一部分与第二部分，所述第一部分同时包覆相互靠近的所述第一增益波导与所述第二增益波导；第二部分分别包覆其余的所述第一增益波导与所述第二增益波导。
9.其中，所述第一部分同时包覆一个所述第一增益波导与一个所述第二增益波导。
10.其中，所述第一增益波导与所述第二增益波导均成螺旋状排布设置，且至少部分所述第二增益波导设于相邻的所述第一增益波导之间，所述入射端与所述出射端可位于螺旋状排布的同侧或不同侧。
11.其中，所述第二增益波导的相对两侧设有第一增益波导m、以及第一增益波导n，所
述第二增益波导与所述第一增益波导m设于相同的所述泵浦波导内，所述第二增益波导与所述第一增益波导n设于相邻的所述泵浦波导内；所述第二增益波导与所述第一增益波导m之间的距离小于所述第二增益波导与所述第一增益波导n之间的距离。
12.其中，所述入射端和/或所述出射端凸出于所述泵浦波导。
13.其中，所述泵浦波导具有相对设置的入光端与反射端，所述波导光放大器还包括反射件，所述反射件设于所述反射端上，用于反射到达此处的所述泵浦光。
14.其中，所述波导光放大器还包括耦合器，所述耦合器分别或同时连接所述第一增益波导、所述第二增益波导、所述泵浦波导。
15.其中，所述泵浦波导具有入光端，所述波导光放大器还包括泵浦光源，所述泵浦光源靠近所述入光端，且所述泵浦光源的泵浦光线从所述入光端的所述耦合器进入所述泵浦波导。
16.其中，所述波导光放大器还包括衬底，所述增益波导组件与所述泵浦波导均设于所述衬底上，且所述增益波导组件与所述衬底之间还设有所述泵浦波导。
17.其中，所述衬底与所述泵浦波导为一体式结构。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施方式中的技术方案，下面将对本技术实施方式中所需要使用的附图进行说明。
19.图1为本技术一实施方式中波导光放大器的示意图。
20.图2为图1中沿a
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a方向的截面示意图。
21.图3为本技术另一实施方式中波导光放大器的示意图。
22.图4为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
23.图5为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
24.图6为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
25.图7为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
26.图8为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
27.图9为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
28.图10为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
29.图11为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
30.图12为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。
31.图13为本技术另一实施方式中波导光放大器的截面示意图。
32.标号说明：
33.波导光放大器
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1，增益波导组件
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10，第一增益波导
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11，第一增益波导m
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111，第一增益波导n
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112，第二增益波导
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12，入射端
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13，出射端
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14，泵浦波导
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20，第一部分
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21，第二部分
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22，入光端
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23，反射端
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24，耦合器
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30，反射件
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40，泵浦光源
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50，衬底
‑
60。
具体实施方式
34.以下是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申
请的保护范围。
35.在介绍本技术的技术方案之前，再详细介绍下相关技术中的技术问题。
36.光放大器是高速光通信系统中的关键器件，也是未来光器件小型化，集成化的重要光学器件之一。光放大器包括光纤放大器、波导光放大器及其他类型的光放大器。其中，光纤放大器采用稀土掺杂光纤作为放大介质的载体。但由于光纤及分立光器件的尺寸和体积较大，难以满足光模块小型化集成的需求，只能作为独立的子系统进行使用。可替代光纤放大器的波导光放大器具有小型化的特点，可以集成到芯片上，目前已受到原来越多学者的关注与研究。
37.另外，波导光放大器根据泵浦光和信号光传输方向的区别可以分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种方式。其中，正向泵浦指的是泵浦光和信号光同方向打入，即传输方向相同，反向泵浦指的是泵浦光和信号光从相反的方向打入，即传输方向相反。而双向泵浦则是从正向反向各打入一束泵浦光，使得一部分信号光和泵浦光的传输方向相同，一部分信号光和泵浦光的传输信号相反。并且，正向泵浦的噪声系数较小，但是饱和功率低，不利于高输出功率的应用。而反向泵浦的噪声系数大，但是饱和功率高。双向泵浦则可同时兼具两者的优点，即噪声系数小，饱和功率高。
38.波导光放大器从结构上来分可以分为芯层和围绕在其外面的包层。通常信号光主要在芯层中传播，作为光放大器使用的波导，根据泵浦光所在的位置，可分为芯层泵浦和包层泵浦两种。其中包层泵浦可以容纳更多的泵浦光，因此具有更高的泵浦耦合效率。
39.由于相邻的波导接触时会存在耦合串扰现象，因此相邻的波导必须要分开一定的间距以保证相互之间不产生影响。由于泵浦光所在的包层波导通常比较宽，间距就必须比较大，导致波导光放大器的尺寸较大，不利于缩小芯片尺寸。
40.鉴于此，为了解决上述问题，本技术提供了一种新型的波导光放大器。请一并参考图1
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图4，图1为本技术一实施方式中波导光放大器的示意图。图2为图1中沿a
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a方向的截面示意图。图3为本技术另一实施方式中波导光放大器的示意图。图4为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式提供了一种波导光放大器1，具体包括增益波导组件10与泵浦波导20。其中，增益波导组件10包括弯折连接的第一增益波导11与第二增益波导12，所述第一增益波导11具有入射端13，所述第二增益波导12具有出射端14，至少部分所述第一增益波导11靠近至少部分所述第二增益波导12，以使信号在所述第一增益波导11内的传输方向与在所述第二增益波导12内的传输方向相反。泵浦波导20包覆至少部分所述增益波导组件10，且至少部分所述泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12。
41.本实施方式提供的波导光放大器1包括增益波导组件10，其中增益波导组件10的作用是传输信号，即增益波导组件10也可以看做是芯层。增益波导组件10并不是由一种增益波导组成，而是由至少两种增益波导组成，即弯折连接的第一增益波导11与第二增益波导12。或者也可以理解为增益波导组件10是一根增益波导，只不过为了便于区分，将该波导从弯折处根据其功能的不同进行了人为的命名区分。例如信号在所述第一增益波导11内的传输方向与在所述第二增益波导12内的传输方向相反，因此根据信号传播的方向的相同与否对增益波导进行了区分。即第一增益波导11与第二增益波导12为一体式结构。
42.本实施方式将增益波导组件10分成弯折连接的第一增益波导11与第二增益波导
12，同时还使至少部分所述第一增益波导11靠近至少部分所述第二增益波导12，即将一根较长的增益波导弯折成两段增益波导，从而减少增益波导组件10所占的尺寸。并且这样弯折设置后，信号在所述第一增益波导11内的传输方向与在所述第二增益波导12内的传输方向相反(如图1中d1方向所示)，为后续泵浦波导20与泵浦光的设置打下了基础。
43.本实施方式提供的波导光放大器1还包括泵浦波导20，使泵浦波导20包覆所述增益波导组件10。泵浦波导20的作用是用于包覆并保护增益波导组件10，因此泵浦波导20可以看做是包层。并且泵浦波导20还用于传输泵浦光，即信号光是在增益波导组件10内传输，而泵浦光则在泵浦波导20内传输，因此本技术提供的波导光放大器1可以看做是包层泵浦。泵浦光的作用是对在增益波导组件10内的信号光提供额外的能量从而使信号光可以进行放大。
44.另外，本实施方式还可使至少部分所述泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12。现有技术中泵浦波导20只包覆一个增益波导(第一增益波导11或第二增益波导12)，并且为了防止相邻的波导接触时会存在耦合串扰现象，相邻的泵浦波导20之间会存在间距。而本技术利用泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12，即使泵浦波导20同时包覆两个或多个增益波导，因此可减少泵浦波导20的长度，还可减少相邻的泵浦波导20之间间距的数量及同时包覆在泵浦波导中第一增益波导11与第二增益波导12之间的间距，从而减少波导光放大器1的尺寸，最终减小芯片的尺寸。由于泵浦波导20同时包覆了传输方向相反的增益波导，单个泵浦光源也可实现双向泵浦，进一步减小光放大器的1尺寸，达到用户的需求。本实施方式以全部泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12进行示意。
45.可选地，泵浦波导20的材质包括氮化镓，增益波导组件10的材质包括掺饵氮化镓。
46.可选地，本实施方式可使泵浦波导20覆盖全部增益波导组件10或者部分增益波导组件10。具体情况本技术将在下文继续介绍。
47.请一并参考图5
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图6，图5为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。图6为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述泵浦波导20包括相连接的第一部分21与第二部分22，所述第一部分21同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12；第二部分22分别包覆其余的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12。
48.上述实施方式以泵浦波导20同时包覆全部相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12进行示意，而在本实施方式中以部分泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12进行示意。例如，泵浦波导20包括相连接的第一部分21与第二部分22，只有第一部分21同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12。而其余的第一增益波导11与第二增益波导12则由第二部分22来进行包覆，即第二部分22分别包覆其余的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12。
49.在本实施方式中，第一增益波导11与第二增益波导12的端部可能还需要与其他器件进行物理连接，因此导致这部分增益波导无法与其他的第二增益波导12或第一增益波导11同时被第一部分21所包覆。因此，本实施方式便可采用第二部分22来对这部分的第一增益波导11与第二增益波导12分别进行包覆。
50.请再次参考图1，本实施方式中，所述第一部分21同时包覆一个所述第一增益波导
11与一个所述第二增益波导12。
51.在本实施方式中，同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12的泵浦波导20(即第一部分21)，可同时包覆一个或多个第一增益波导11、及一个或多个第二增益波导12。在本实施方式中，所述第一部分21同时包覆一个所述第一增益波导11与一个所述第二增益波导12，可减小第一增益波导11与第二增益波导12之间信号的相互影响。
52.请一并参考图7，图7为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述第一增益波导11具有入射端13，所述第二增益波导12具有出射端14，所述入射端13和/或所述出射端14凸出于所述泵浦波导20。
53.从上述内容可知，第一增益波导11的一端与第二增益波导12的一端可能由于需要与其他部件进行物理连接或者电连接，因此这部分第一增益波导11与第二增益波导12无法同时被第一部分21所包覆，所以在本实施方式中，对于这部分增益波导的外周缘可不覆盖泵浦波导20，即使第一增益波导11的入射端13和/或第二增益波导12的出射端14凸出于泵浦波导20，从而降低入射端13和/或出射端14与其他器件的连接难度。
54.可选地，本实施方式以所述入射端13和所述出射端14均凸出于所述泵浦波导20进行示意。
55.请一并参考图8，图8为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述第一增益波导11与所述第二增益波导12均成螺旋状排布设置，且至少部分所述第二增益波导12设于相邻的所述第一增益波导11之间。所述入射端13与所述出射端14可位于螺旋状排布的同侧或不同侧。
56.在本实施方式中，可对增益波导组件10的排布形状进行限定。例如增益波导组件10成螺旋状排布设置，即所述第一增益波导11与所述第二增益波导12均成螺旋状排布设置，且至少部分所述第二增益波导12设于相邻的所述第一增益波导11之间。从上述内容可知，第一增益波导11与第二增益波导12实际上为一根波导，因此第一增益波导11的排布可以理解为一端在螺旋状的外部，然后向内呈螺旋状排布，另一端在螺旋状的内部，从外围绕到中心。而第二增益波导12正好相反，第二增益波导12的一端在内部连接第一增益波导11的内部开始向外螺旋，并且至少部分所述第二增益波导12设于相邻的所述第一增益波导11之间，最终另一端绕到螺旋状的外部，从中心绕道外围。这样可进一步降低增益波导组件10所占的尺寸，在芯片的有效面积内放置尽可能场的波导。
57.可选地，请再次参考图8，本实施方式中，所述泵浦波导20也呈螺旋状排布设置，且相邻的所述泵浦波导20之间具有间距。
58.可选地，在本实施方式中，以所述入射端13与所述出射端14位于螺旋状排布的不同侧进行示意，如图8所示，所述入射端13与所述出射端14呈90
°
设置，从而使得入射光与出射光成90
°
设置。当然了，在其他方式中，当所述入射端13与所述出射端14位于螺旋状排布的不同侧时，入射光与出射光还可以呈180
°
，270
°
等其他角度设置。具体地角度可根据实际产品结构的需要来进行设计。另外，当所述入射端13与所述出射端14位于螺旋状排布的同侧时，此时即为入射光与出射光平行设置。
59.从上述内容可知，由于增益波导组件10呈螺旋状排布设置，因此本实施方式中包覆增益波导组件10的泵浦波导20也呈螺旋状排布设置。并且了防止相邻的泵浦波导20之间
相互耦合串扰现象，因此是相邻的所述泵浦波导20之间留有间距。由于本实施方式利用泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12，即使泵浦波导20同时包覆两个增益波导，因此可减少泵浦波导20的数量，还可减少相邻的泵浦波导20之间间距的数量，从而减少波导光放大器1的尺寸，最终减小芯片的尺寸。
60.可选地，至于相邻的泵浦波导20之间具体的间距为多少可根据波导光放大器1的尺寸、信号光与泵浦光的相关参数来决定。
61.请一并参考图9，图9为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述第二增益波导12的相对两侧设有第一增益波导m111、以及第一增益波导n112，所述第二增益波导12与所述第一增益波导m111设于相同的所述泵浦波导20内，所述第二增益波导12与所述第一增益波导n112设于相邻的所述泵浦波导20内；所述第二增益波导12与所述第一增益波导m111之间的距离(如图9中l1所示)小于所述第二增益波导12与所述第一增益波导n112之间的距离(如图9中l2所示)。
62.在本实施方式中，由于第二增益波导12在绕螺旋状排布的过程中是夹设于相邻的两个第一增益波导11(例如第一增益波导m111与第一增益波导n112)之间的。但第二增益波导12只与第一增益波导m111被泵浦波导20同时包覆，第一增益波导n112则是与其他的第二增益波导12被包覆。因此，在本实施方式中可使所述第二增益波导12与所述第一增益波导m111之间的距离小于所述第二增益波导12与所述第一增益波导n112之间的距离，从而进一步减小波导光放大器1的尺寸。
63.可选地，相邻的泵浦波导20包覆的第一增益波导11与第二增益波导12之间的距离相等。
64.请一并参考图10，图10为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述波导光放大器1还包括耦合器30，所述耦合器30分别或同时连接所述第一增益波导11、所述第二增益波导12、所述泵浦波导20。
65.在本实施方式中，还可增设耦合器30将耦合器30连接第一增益波导11与泵浦波导20。从上述内容可知，第一增益波导11具有入射端13，信号光是从第一增益波导11的入射端13进入增益波导组件10中的，因此本实施方式的耦合器30可以连接第一增益波导11，并使从入射端13进入的信号光经过耦合器30之后不会发生变化，继续在第一增益波导11内传输。
66.另外，本实施方式的耦合器30还连接泵浦波导20，这样可使泵浦光源50发出的泵浦光线经过耦合器30可传输到泵浦波导20内，从而实现泵浦光与信号良好传输。
67.请一并参考图11，图11为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述泵浦波导20具有相对设置的入光端23与反射端24，所述波导光放大器1还包括反射件40，所述反射件40设于所述反射端24上，用于反射到达此处的所述泵浦光。
68.在本实施方式中，泵浦波导20同样具有相对设置的两端，例如泵浦波导20具有相对设置的入光端23与反射端24，其中入光端23是用于使泵浦光进入泵浦波导20的端部，而与之相对设置的反射端24则是用于反射的。
69.当泵浦光从入光端23进入泵浦波导20后，会在泵浦波导20内进行传输，并对在增益波导组件10内的信号光线进行放大。但是并不是所有的泵浦光均会进行放大，所以就会有部分泵浦光一直在泵浦波导20内进行传输，当这部分到达此处的泵浦光传输到反射端24
时，本实施方式可在反射端24上设置反射件40，从而让这部分多余泵浦光重新从反射端24向入光端23再传输一次，便可将到达此处的泵浦光重新利用起来，降低了能量损耗，提高了波导光放大器1的放大效果。
70.请一并参考图12，图12为本技术又一实施方式中波导光放大器的示意图。本实施方式中，所述波导光放大器1还包括泵浦光源50，所述泵浦光源50靠近所述入光端23，且所述泵浦光源50的光线从所述入光端23的所述耦合器30进入所述泵浦波导20。
71.在现有技术中通常采用双向泵浦，即从增益波导组件10的入射端13设置一个泵浦光源50，再在出射端14设置一个泵浦光源50，这样入射端13处的泵浦光源50发出的光线在泵浦波导20内的传输方向与信号光的传输方向相同。而在出射端14处的泵浦光源50发出的光线在泵浦波导20内的传输方向与信号光的传输方向相反，从而实现双向波导的目的。
72.本实施方式同样是采用双向泵浦，但由于本实施方式采用了一个新的波导光放大器1，设计了一个新型结构，因此本实施方式只需要使用泵浦光源50，并使该泵浦光源50靠近入光端23设置即可实现双向泵浦，具体原理如下：因为本实施方式中的泵浦波导20同时包覆相互靠近的所述第一增益波导11与所述第二增益波导12，并且在第一增益波导11与第二增益波导12内的信号光的传输方向相反。因此，当泵浦光源50发出的泵浦光从入光端23进入所述泵浦波导20内并进行传播时，该光线相当于同时经过第一增益波导11与第二增益波导12。并且对于第一增益波导11来说，信号光与泵浦光的传输方向相同。对于第二增益波导12来说，信号光与泵浦光的传输方向相反。因此本实施方式只需要一个泵浦光源50便可实现双向泵浦的目的，减小了泵浦光源50的数量，降低了波导光放大器1的成本及尺寸。
73.请一并参考图13，图13为本技术另一实施方式中波导光放大器的截面示意图。本实施方式中，所述波导光放大器1还包括衬底60，所述增益波导组件10与所述泵浦波导20均设于所述衬底60上，且所述增益波导组件10与所述衬底60之间还设有所述泵浦波导20。
74.在本实施方式中，可将增益波导组件10与泵浦波导20设于衬底60上。其中衬底60为承载增益波导组件10与泵浦波导20的部件。并且且所述增益波导组件10与所述衬底60之间还设有所述泵浦波导20，即泵浦波导20将增益波导组件10的四周全面包覆了起来。
75.可选地，当衬底上的同一个区域除了增益波导组件10与泵浦波导20还有其他功能器件时，此时的波导光放大器1可以认为是芯片的一部分，即将波导光放大器1集成在了芯片上，或者也可以理解为将芯片的一部分区域设计成波导光放大器1。
76.可选地，所述衬底60与所述泵浦波导20为一体式结构。可选地，耦合器30和/或泵浦光源50也设于衬底60上。
77.以上对本技术实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本技术的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。