FR2722922A1 - Optical impulse generator e.g. for fibre optic transmission using solitons - Google Patents
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Abstract
Description
"Générateur d'impulsions optiques à faible fluctuation
de fréquence"
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un générateur d'impulsions optiques à faible "chirp" c'est-à-dire avec une faible variation de la fréquence de la porteuse optique au cours d'une Impulsion. utilisant un laser "maître" et un laser "esclave"
Elle s'applique notamment aux télécommunications optiques, et plus particulièrement aux transmissions numénques par fibres optiques, par exemple celles qui mettent à profit les solitons et1ou le multiplexage en longueur d'onde."Optical pulse generator with low fluctuation
frequency "
DESCRIPTION
Technical area
The present invention relates to an optical pulse generator with a low "chirp", that is to say with a slight variation in the frequency of the optical carrier during a pulse. using a "master" laser and a "slave" laser
It applies in particular to optical telecommunications, and more particularly to digital transmissions by optical fibers, for example those which take advantage of solitons and wavelength division multiplexing.
Etat de la technique anténeure
Actuellement. la recnerche dans le domaine de la génération d'impulsions optiques dédiées aux transmissions par effet soliton est relativement Intense. On dénombre au moins quatre techniques pour générer ces Impulsions laser semi-conducteur avec blocage de modes, laser en anneau à fibre amplificatnce avec blocage de modes, modulateur à électro-absorption fonctionnant en régime non linéaire et laser semi-conducteur fonctionnant en commutation de gain. Chacune de ces méthodes présente des avantages et des inconvénients en termes de qualité des profils temporels, qualité spectrale, robustesse, stabilité. réglage de la fréquence de répétition et accordabilité en longueur d'onde.Prior art
Currently. research in the field of optical pulse generation dedicated to soliton effect transmissions is relatively intense. There are at least four techniques for generating these semiconductor laser pulses with mode blocking, amplifying fiber ring laser with mode blocking, electro-absorption modulator operating in non-linear regime and semiconductor laser operating in gain switching . Each of these methods has advantages and disadvantages in terms of the quality of the time profiles, spectral quality, robustness, stability. repetition frequency adjustment and wavelength tunability.
La présente invention est relative à un générateur basé sur la commutation de gain. Un laser à semi-conducteur fonctionne en commutation de gain lorsque le courant d'injection de ce laser est modulé rapidement et fortement, avec un passage net de ce courant d'injection sous le seuil d'émission du laser. Alors. la relation entre le signal de modulation et la puissance optique modulée est fortement non linéaire. ce qui permet d'obtenir, sous certaines conditions, des impulsions optiques très brèves. The present invention relates to a generator based on gain switching. A semiconductor laser operates in gain switching when the injection current of this laser is modulated quickly and strongly, with a clear passage of this injection current below the emission threshold of the laser. So. the relationship between the modulation signal and the modulated optical power is strongly non-linear. which makes it possible to obtain, under certain conditions, very brief optical pulses.
Les avantages de la commutation de gain sont la simplicité, la robustesse et la possibilité de régler continument la fréquence de répétition sur une large plage de fréquences L'inconvenient majeur de cette technique de commutation de gain réside dans la présence d'un fort "chirp" (fluctuation de fréquence). The advantages of gain switching are simplicity, robustness and the possibility of continuously adjusting the repetition frequency over a wide range of frequencies. The major drawback of this gain switching technique lies in the presence of a strong "chirp". "(frequency fluctuation).
Pour améliorer la qualité spectrale deux techniques peuvent etre utilisées. L'une met en oeuvre une fibre optique spéciale, dont la dispersion est négative eVou un filtre optique. Mais la qualité de l'impulsion bien que très améliorée reste souvent insuffisante En effet le profil temporel de l'impulsion présente souvent un pied trop Important L'autre consiste à réinjecter une grande partie de la lumière produite par ce laser après l avoir préalablement filtrée. To improve the spectral quality two techniques can be used. One uses a special optical fiber, the dispersion of which is negative and an optical filter. But the quality of the pulse although much improved often remains insufficient Indeed the temporal profile of the pulse often presents a foot too important The other consists in reinjecting a large part of the light produced by this laser after having previously filtered it .
La présente Invention a pour objet un générateur d'impulsions optiques à faible "chirp" utilisant un laser maître et un laser esclave fonctionnant à commutation de gain. The present invention relates to a low "chirp" optical pulse generator using a master laser and a slave laser operating with gain switching.
Exposé de l'invention
La présente Invention propose un générateur d'impulsions optiques à faible fluctuation de fréquence. caractérisé en ce qu'il comprend un premier laser. ou laser maître. injectant de la lumière à une longueur d'onde donnée dans un second laser. ou laser esclave, fonctionnant à commutation de gain, et un filtre. dont la bande passante est décalée par rapport à ladite longueur d'onde permettant de filtrer les Impulsions optiques émises par ce second laser et de rejeter cette longueur d'onde.Statement of the invention
The present invention provides an optical pulse generator with low frequency fluctuation. characterized in that it comprises a first laser. or master laser. injecting light at a given wavelength into a second laser. or slave laser, operating with gain switching, and a filter. whose bandwidth is offset with respect to said wavelength making it possible to filter the optical pulses emitted by this second laser and to reject this wavelength.
Avantageusement ce générateur comprend un isolateur optique monté entre le laser maître et le laser esclave de telle sorte que la lumière circule du laser maître vers le laser esclave, et un circuit de commande prévu pour envoyer au laser esclave un courant d'injection dont les variations i(t) en fonction du temps permettent un fonctionnement en commutation de gain. Advantageously, this generator comprises an optical isolator mounted between the master laser and the slave laser so that light flows from the master laser to the slave laser, and a control circuit provided for sending an injection current to the slave laser, the variations of which i (t) as a function of time allow gain switching operation.
Le laser esclave peut être un laser semi-conducteur ou diode laser. Avantageusement le laser maître est un laser accordable. The slave laser can be a semiconductor laser or laser diode. Advantageously, the master laser is a tunable laser.
Dans une première réalisation le laser esclave est un laser monomode, et le laser maître émet une puissance continue à une longueur d'onde voisine de la longueur d'onde d'émission du laser esclave. In a first embodiment, the slave laser is a single-mode laser, and the master laser emits continuous power at a wavelength close to the emission wavelength of the slave laser.
Dans une seconde réalisation le laser esclave est un laser multimode, et le laser maître émet une puissance continue à une longueur d'onde voisine d'un des modes du laser esclave. In a second embodiment, the slave laser is a multimode laser, and the master laser emits continuous power at a wavelength close to one of the modes of the slave laser.
Avantageusement le laser esclave est modulé directement par le courant d'injection. le type de modulation étant soit une sinusoïde pour les fréquences supéneures à 2GHz. soit des impulsions pour les fréquences
Inféneures à 2GHz. le taux d'injection dans le laser esclave étant au moins le centième.Advantageously, the slave laser is modulated directly by the injection current. the type of modulation being either a sinusoid for frequencies above 2 GHz. either pulses for frequencies
Less than 2 GHz. the rate of injection into the slave laser being at least one hundredth.
Dans une vanante de réalisation le laser esclave est une diode laser qui ne présente qu'une face d'accès. un coupleur étant alors disposé entre l'isolateur et le laser esclave. In one embodiment, the slave laser is a laser diode which has only one access face. a coupler then being placed between the isolator and the slave laser.
Ainsi le générateur de l'invention présente les caracténstiques suivantes
- fonctionnement du laser esclave à semi-conducteur en commutation de gain
- injection dans ce laser de la lumière, à la longueur d'onde Xrn, produite par le laser maître
- filtrage des impulsions optiques émises par le laser esclave à l'aide du filtre passe-bande. dont la bande passante est décalée par rapport à la longueur d'onde r., et qui rejette cette longueur d'onde.Thus the generator of the invention has the following characteristics
- operation of the slave semiconductor laser in gain switching
- injection into this laser of light, at the wavelength Xrn, produced by the master laser
- filtering of the optical pulses emitted by the slave laser using the bandpass filter. whose bandwidth is offset from the wavelength r., and which rejects this wavelength.
Grâce à l'injection d'un fort taux de lumière et l'utilisation d'un filtre. I'invention permet d'obtenir des impulsions optiques dont la largeur spectrale optique est proche de la limite théonque correspondant à la transformée de Founer de l'impulsion détectée. De plus, I'utilisation du filtre passe-bande permet d'obtenir une impulsion dont la porteuse est pure (sans "chirp") et de réduire la largeur de celle-ci puisqu'il sélectionne la partie haute de l'impulsion, et par là-même d'éliminer le pied de l'impulsion qui est généralement trop large et dissymétrique. Enfin ce filtre permet d'éliminer le niveau continu entre les Impulsions. Through the injection of a high light rate and the use of a filter. The invention makes it possible to obtain optical pulses whose optical spectral width is close to the theonic limit corresponding to the Founer transform of the detected pulse. In addition, the use of the bandpass filter makes it possible to obtain a pulse whose carrier is pure (without "chirp") and to reduce its width since it selects the upper part of the pulse, and thereby eliminating the foot of the pulse which is generally too broad and asymmetrical. Finally, this filter eliminates the continuous level between the pulses.
Apparemment dans les documents de l'art connu il n'est pas fait état de synchronisation de laser avec un laser esclave fonctionnant en commutation de gain. ni de puissance optique émise par un laser esclave synchronisée par un laser maître et filtrée par un filtre passe-bande qui rejette la longueur d'onde du laser maître. Apparently in the documents of the known art there is no mention of laser synchronization with a slave laser operating in gain switching. nor optical power emitted by a slave laser synchronized by a master laser and filtered by a bandpass filter which rejects the wavelength of the master laser.
Brève description des dessins
- La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de l'invention
- la figure 2 partie a représente la courbe de vanation de la puissance optique PO du laser esclave en fonction du temps
- la figure 2 partie b représente la courbe de variation de la frequence f e du laser esclave en fonction du temps, en absence d'injection
- la figure 2 partie c représente la courbe de variation de la fréquence f e du laser esclave en fonction du temps, en présence d'injection
- la figure 3 représente le schéma d'une variante de réalisation du dispositif de l'invention.Brief description of the drawings
- Figure 1 shows the block diagram of the device of the invention
- Figure 2 part a represents the vanation curve of the optical power PO of the slave laser as a function of time
- Figure 2 part b represents the curve of variation of the frequency fe of the slave laser as a function of time, in the absence of injection
- Figure 2 part c represents the curve of variation of the frequency fe of the slave laser as a function of time, in the presence of injection
- Figure 3 shows the diagram of an alternative embodiment of the device of the invention.
Exposé détaillé de modes de réalisation
La présente Invention concerne un générateur d'impulsions optiques à faible "chirp", c'est-à-dire avec une faible vanation de la fréquence de la porteuse optique au cours d'une Impulsion. utilisant un laser maître 10 et un laser esclave 11. Le laser maître 10 Injecte de la lumière à une longueur d'onde donnée Am dans le laser esclave il qui est un laser semi-conducteur ou diode laser. fonctionnant à commutation de gain. Un filtre passe-bande 12, dont la bande passante est décalée par rapport à ladite longueur d'onde Xm? permet de filtrer les impulsions optiques émises par ce second laser et de rejeter ladite longueur d'onde im. Detailed description of embodiments
The present invention relates to an optical pulse generator with a low "chirp", that is to say with a low vanation of the frequency of the optical carrier during a pulse. using a master laser 10 and a slave laser 11. The master laser 10 injects light at a given wavelength Am into the slave laser il which is a semiconductor laser or laser diode. operating with gain switching. A bandpass filter 12, the bandwidth of which is offset from said wavelength Xm? makes it possible to filter the optical pulses emitted by this second laser and to reject said wavelength im.
Un Isoiateur optique 13 est monté de telle sorte que la lumière circule du laser maître 10 vers le laser esclave 11
Un circuit de commande 14 est prévu pour envoyer au laser esclave 11 un courant d'injection dont les vanations i(t) en fonction du temps permettent un fonctionnement en commutation de gain.An optical isolator 13 is mounted so that light flows from the master laser 10 to the slave laser 11
A control circuit 14 is provided for sending an injection current to the slave laser 11 whose vanations i (t) as a function of time allow operation in gain switching.
Ce dispositif de genération d'impulsions optiques présente donc les caractéristiques suivantes
- on fait fonctionner le laser esclave 11 à semi-conducteur en commutation de gain
- on Injecte dans ce laser de la lumière, à la longueur d'onde i, produite par le laser maître 10
- on filtre les impulsions optiques émises par le laser esclave à l'aide du filtre 12. passe-bande. dont la bande passante est décalée par rapport ;w. et qui rejette i;,. L'importance et la manière dont agit ce filtre seront décrites ci-dessous.This optical pulse generation device therefore has the following characteristics
- the slave laser 11 semiconductor is operated in gain switching
- Light is injected into this laser, at wavelength i, produced by the master laser 10
- the optical pulses emitted by the slave laser are filtered using the 12. bandpass filter. whose bandwidth is offset from; w. and who rejects i;,. The importance and how this filter works will be described below.
Grâce à l'injection d'un fort taux de lumière et l'utilisation d'un filtre. I'invention permet d'obtenir des impulsions optiques dont la largeur spectrale optique est proche de la limite théonque correspondant à la transformée de Founer de l'impulsion détectée (de telles impulsions étant appelées "transform limited optical pulses" dans les publications en langue anglaise). De plus. comme il sera expliqué plus loin, la largeur temporelle de ces
Impulsions peut être plus petite que celle obtenue avec un fonctionnement en commutation de gain sans traitement optique.Through the injection of a high light rate and the use of a filter. The invention makes it possible to obtain optical pulses whose optical spectral width is close to the thonic limit corresponding to the Founer transform of the detected pulse (such pulses being called "transform limited optical pulses" in publications in English) ). Furthermore. as will be explained later, the temporal width of these
Pulses may be smaller than that obtained with gain switching operation without optical processing.
Cette Invention correspond à un laser (dit "laser esclave") synchronisé par un autre laser (dit "laser maître"). Les publications relatives à la synchronisation d'un laser par injection (en anglais "injection locking") concernent presque toujours des lasers esclaves dont le courant d'injection n'est pas modulé. Toutefois on peut mentionner l'article de N.A. Olsson et co., intitulé "Chirp Free Transmission over 82.5 km of Single Mode Fibers at 2 Gbitls with
Injection Locked DFB Semiconductor lasers" publié dans Joumal of Lightwave
Technology (vol. LT-3. pages 63-66. 1985) et plus récemment celui de S.This invention corresponds to a laser (called "slave laser") synchronized by another laser (called "master laser"). The publications relating to the synchronization of an injection laser (in English "injection locking") almost always relate to slave lasers whose injection current is not modulated. However, we can mention the article by NA Olsson et al., Entitled "Chirp Free Transmission over 82.5 km of Single Mode Fibers at 2 Gbitls with
Injection Locked DFB Semiconductor lasers "published in Joumal of Lightwave
Technology (vol. LT-3. Pages 63-66. 1985) and more recently that of S.
Mohrdiek. H. Burkhard. et H. A'altier intitulé "Chirp Reduction of Directly
Modulated Semiconductor Laser at 10 Gbis by Strong CW Light Injection" publié dans Journal of Lightwave Technolooy (vol. 12, pages 418-424, 1994) où le courant d'injection du laser esclave est modulé mais de façon linéaire ou quasi linéaire mais non en commutation de gain. En effet dans ces deux publications la vanation temporelle de la puissance optique émise par le laser esclave doit représenter. aussi fidèlement que possible. la vanation du courant d'injection, ce qui n'est pas du tout le cas en régime de commutation de gain.Mohrdiek. H. Burkhard. and H. A'altier entitled "Chirp Reduction of Directly
Modulated Semiconductor Laser at 10 Gbis by Strong CW Light Injection "published in Journal of Lightwave Technolooy (vol. 12, pages 418-424, 1994) where the injection current of the slave laser is modulated but in a linear or almost linear fashion but not In gain switching, in fact in these two publications the temporal vanation of the optical power emitted by the slave laser must represent, as faithfully as possible, the vanation of the injection current, which is not at all the case in gain switching scheme.
Apparemment il nzest pas fait état dans la littérature de synchronisation de laser avec un iaser esclave fonctionnant en commutation de gain. De même, jamais. dans l'art antérieur, la puissance optique émise par un laser esclave synchronisée par un laser maître n'est filtrée par un filtre passe bande qui rejette la longueur d'onde du laser maître. Apparently, laser synchronization has not been reported in the literature with a slave iaser operating in gain switching. Likewise, never. in the prior art, the optical power emitted by a slave laser synchronized by a master laser is only filtered by a bandpass filter which rejects the wavelength of the master laser.
La figure 1 représente donc le schéma de principe du dispositif de l'invention. Le laser maitre 10 est un laser, de préférence accordable, qui émet une puissance optique continue (C 'N. Laser) à la longueur d'onde Xm voisine de la longueur d'onde d'émission du laser esclave 11 lorsque celui-ci est monomode (généralement du type Cl7), ou voisine d'un des modes lorsque le laser esclave est multimode (généralement de type Fabry-Pérot). FIG. 1 therefore represents the block diagram of the device of the invention. The master laser 10 is a laser, preferably tunable, which emits continuous optical power (C ′ N. Laser) at the wavelength Xm close to the emission wavelength of the slave laser 11 when the latter is single-mode (generally of the Cl7 type), or close to one of the modes when the slave laser is multimode (generally of the Fabry-Perot type).
Le laser esclave 1 est modulé directement par le courant d'injection. Le type de modulation est soit une sinusoïde pour les fréquences supéneures à 2 GHz. soit des Impuisions pour les fréquences inférieures à 2
GHz.The slave laser 1 is modulated directly by the injection current. The type of modulation is either a sinusoid for frequencies above 2 GHz. either Impressions for frequencies below 2
GHz.
Le taux d'injection qui est le rapport entre la puissance optique du laser maître 10 Injectée dans le laser esclave 11 et la puissance dans le laser esclave. doit filtre élevée. c'est-à-dire au moins le centième. En effet, plus ce taux est élevé. plus les bandes d'accrochage et de stabilité sont grandes, et de plus. le "chirp" résiduel se trouve encore réduit. The injection rate which is the ratio between the optical power of the master laser 10 injected into the slave laser 11 and the power into the slave laser. must high filter. that is to say at least the hundredth. The higher the rate. the larger the fastening and stability bands, and more. the residual "chirp" is further reduced.
En l'absence d'injection. le laser esclave 11 présente, lorsqu'il fonctionne en commutation de gain une fréquence fe qui varie pratiquement linéairement sur une durée d'environ trn centrée au sommet de l'impulsion (voir figure 2 partie b) trr = largeur à mi-amplitude de l'impulsion optique. In the absence of injection. the slave laser 11 has, when it operates in gain switching, a frequency fe which varies practically linearly over a period of approximately trn centered at the top of the pulse (see FIG. 2 part b) trr = width at mid-amplitude of the optical pulse.
En présence d'injection. et lorsqu'il y a verrouillage, la fréquence du laser esclave est Imposée par celle du laser maître (fm), alors la différence de phase a entre le champ injecté et le champ du laser esclave est sensiblement proportionnelle à :, - fe Comme f e varie dans le temps comme représenté sur la figure 2 partie b. e vane aussi dans le temps, ce qui engendre un décalage de fréquence tf = (1:(2xi:)) x (d6idt) qui est constant lorsque la vanation de phase en fonction du temps est linéaire comme le montre la figure 2 partie c. Ainsi la fréquence optique du sommet de l'impulsion optique est décalée. par rapport à celle du laser maître sur une largeur d'environ tm. Pour obtenir une Impulsion dont la porteuse est pure (sans "chirp") il suffit donc de filtrer le signal de sortie par le filtre optique passe-bande 12 centré sur fs=fm- Af. In the presence of injection. and when there is locking, the frequency of the slave laser is Imposed by that of the master laser (fm), then the phase difference a between the injected field and the field of the slave laser is substantially proportional to:, - fe As fe varies over time as shown in Figure 2 part b. e also changes in time, which generates a frequency offset tf = (1: (2xi :)) x (d6idt) which is constant when the phase phase vanation as a function of time is linear as shown in Figure 2 part c . Thus the optical frequency of the top of the optical pulse is shifted. compared to that of the master laser over a width of approximately tm. To obtain a Pulse whose carrier is pure (without "chirp") it suffices therefore to filter the output signal by the optical bandpass filter 12 centered on fs = fm-Af.
Ce filtre permet aussi de réduire la largeur de l'impulsion puisqu'il sélectionne la partie haute de l'impulsion et par là même d'éliminer le pied de l'impulsion qui est généralement trop large et dlssymetnque. Enfin ce filtre permet d'éliminer le niveau continu entre les impulsions car ii est à la fréquence fm A titre d'exemple on obtient, expérimentalement, une Impulsion optique de 15 ps de large en absence d'injection exteme. Avec une forte injection exteme on observe un décalage Af de 80 GHz et, en utilisant un filtre passe-bande de 40 GHz de large, l'impulsion optique se trouve rédu!te à 8 ps Avec un filtre plus étroit il est possible d'élargir l'impulsion pour l'amener à la valeur souhaitée tout en restant exempte de "chirp"
L'accord en longueur d onde des Impulsions optiques peut être obtenu en faisant vaner la longueur d'onde du laser maître. Les longueurs d'onde disponibles sont celles de la cavite de Fabry-Pérot de la diode laser.This filter also makes it possible to reduce the width of the pulse since it selects the upper part of the pulse and thereby eliminates the foot of the pulse which is generally too wide and asymmetrical. Finally, this filter makes it possible to eliminate the continuous level between the pulses because it is at the frequency fm. For example, an optical pulse 15 ps wide is obtained experimentally in the absence of external injection. With a strong external injection we observe an offset Af of 80 GHz and, using a bandpass filter of 40 GHz wide, the optical pulse is reduced to 8 ps With a narrower filter it is possible to widen the impulse to bring it to the desired value while remaining free from "chirp"
The wavelength tuning of the optical pulses can be obtained by vanishing the wavelength of the master laser. The wavelengths available are those of the Fabry-Perot cavity of the laser diode.
Cependant. en jouant sur ia température de cette diode laser, il est possible de déplacer les raies de sa cavité Fabry-Perot et de rendre alors continûment accordable cette diode laser.However. by playing on the temperature of this laser diode, it is possible to move the lines of its Fabry-Perot cavity and then make this laser diode continuously tunable.
La figure 3 présente une vanante pour injecter de la lumière lorsque le laser esclave est une diode laser qui ne présente qu'une face d'accès. Figure 3 shows a vanante to inject light when the slave laser is a laser diode which has only one access face.
On utilise un coupleur 15. les autres éléments déjà illustrés sur la figure 1 gardant la même référence. A coupler 15 is used. The other elements already illustrated in FIG. 1 keeping the same reference.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4635246A (en) * | 1983-10-20 | 1987-01-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Frequency multiplex system using injection locking of multiple laser diodes |
-
1994
- 1994-07-21 FR FR9409039A patent/FR2722922B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4635246A (en) * | 1983-10-20 | 1987-01-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Frequency multiplex system using injection locking of multiple laser diodes |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| N.A.OLSSON ET AL.: "CHIRP-FREE TRANSMISSION OVER 82,5 KM OF SINGLE-MODE FIBERS AT 2 Gbit/s WITH INJECTION LOCKED DFB SEMICONDUCTOR LASER", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. LT-3, no. 1, February 1985 (1985-02-01), NEW YORK US, pages 63 - 67 * |
| S.MOHRDIEK ET AL.: "CHIRP REDUCTION OF DIRECTLY MODULATED SEMICONDUCTOR LASER AL 10Gb/s BY STRONG CW LIGHT INJECTION", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 12, no. 3, March 1994 (1994-03-01), NEW YORK US, pages 418 - 424 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2722922B1 (en) | 1996-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |