CN113267851A - 光通讯模块 - Google Patents

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Abstract

一种光通讯模块，包括第一平面光波导；双折射晶体，连接于上述第一平面光波导；第二平面光波导，连接于上述双折射晶体；光纤，邻近于上述第二平面光波导；光信号发射器，用以发射输出光束至上述第一平面光波导，其中上述输出光束依序行经上述第一平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第二平面光波导后进入上述光纤；以及光信号接收器，邻近于上述光信号发射器，且用以接收输入光束。上述输入光束由上述光纤射出后依序行经上述第二平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第一平面光波导后照射至上述光信号接收器。

Description

光通讯模块
技术领域
本发明有关于一种光通讯模块，尤指一种具有双折射晶体的光通讯模块。
背景技术
光纤通讯网路具有低传输损失、高数据保密性、优秀的抗干扰性，以及超大频宽等特性，已是现代主要的资讯通讯方式，其中，用于接受来自光纤网路的光讯号并将其转换成电讯号传输，及/或将电讯号转换成光讯号再藉由光纤网路向外传输的光通讯模块是光纤通讯技术中最重要的基础组件之一。
为了能提高光通讯模组的传输效能，于习知技术中于光通讯模组内设计了复杂的光学系统以使光通讯模组能利用同一条光纤进行光信号的输出与输入。
然而，习知单纤双向光通讯模组内部的光学元件较多，进而增加了光通讯模组的制作成本。此外，光学元件之间的对准及固定，亦增加了光通讯模组制作上的困难度。
发明内容
有鉴于此，在本发明中藉由具有双折射晶体的导光结构来达成单纤双向的功能，并能减少光通讯模块内部的光学元件，进而能降低光通讯模组的制作成本与制作上的困难度。
本发明一实施例揭露一种光通讯模块，包括第一平面光波导；双折射晶体，连接于上述第一平面光波导；第二平面光波导，连接于上述双折射晶体；光纤，邻近于上述第二平面光波导；光信号发射器，用以发射输出光束至上述第一平面光波导，其中上述输出光束依序行经上述第一平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第二平面光波导后进入上述光纤；以及光信号接收器，邻近于上述光信号发射器，且用以接收输入光束。上述输入光束由上述光纤射出后依序行经上述第二平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第一平面光波导后照射至上述光信号接收器。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括一基板，其中上述光信号发射器以及上述光信号接收器设置于上述基板上，且位于上述基板以及上述第一平面光波导之间。
根据本发明一实施例，上述第一平面光波导、上述双折射晶体以及上述第二平面光波导位于上述基板上，上述双折射晶体位于上述第一平面光波导与上述第二平面光波导之间，且上述第二平面光波导经由一调整座固定于上述基板上。
根据本发明一实施例，上述第一平面光波导具有下表面、反射面、以及连接界面，其中上述下表面朝向上述光信号发射器以及上述光信号接收器，上述反射面相对于上述下表面倾斜且用以反射上述输出光束以及上述输入光束，以及上述连接界面连接于上述双折射晶体。
根据本发明一实施例，上述第一平面光波导包括第一光通道，连接于上述下表面、上述反射面、以及上述连接界面；以及第二光通道，连接于上述下表面、上述反射面、以及上述连接界面。上述第一平面光波导内的上述输出光束于上述第一光通道内行进，且上述第一平面光波导内的上述输入光束于上述第二光通道内行进。
根据本发明一实施例，上述第二平面光波导包括主光通道，对应于上述第一光通道以及上述第二光通道，其中上述第二平面光波导内的上述输出光束以及上述输入光束于上述主光通道内行进。
根据本发明一实施例，上述输出光束的波长不同于上述输入光束的波长。根据本发明一实施例，上述双折射晶体的厚度小于上述第一平面光波导的长度以及上述第二平面光波导的长度，其中上述厚度以及上述长度于相同的方向上测量。
根据本发明一实施例，光通讯模块更包括透镜阵列结构设置于上述第一平面光波导的下表面，且朝向上述光信号发射器以及上述光信号接收器。
根据本发明一实施例，光纤座，连接于上述第二平面光波导，且用以固定上述光纤的一端；以及光纤连接器，用以固定上述光纤的另一端。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的光通讯模块的立体图。
图2为根据本发明一实施例的导光结构的立体图。
图3为根据本发明一实施例的导光结构的示意图。
主要元件符号说明
光通讯模块 1
基板 10
导电垫 11
导光结构 20
第一平面光波导 21
下表面 211
反射面 212
连接界面 213
第一导光本体 214
第一光通道 215
第二光通道 216
第二平面光波导 22
结合面 221
第二导光本体 222
主光通道 223
双折射晶体 23
透镜阵列结构 24
透镜 241
光纤座 30
光纤连接器 40
光信号发射器 50
光信号接收器 60
芯片 70
调整座 A1
固定架 A2
承载座 A3
输出光束 L1
输入光束 L2
传输方向 D1
排列方向 D2
收发方向 D3
光纤 F1
容置槽 S1
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的创作概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构的间具有任何关连性。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1为根据本发明一实施例的光通讯模块1的立体图。图2为根据本发明一实施例的导光结构20的立体图。光通讯模块1可用以安装于电子装置(图未示)内，以使得电子装置可发送及/或接收光讯号。电子装置可为个人电脑、服务器(server)、或路由器(router)，但并不于以限制。于本实施例中，光通讯模块1可为光收发模块。光通讯模块1可用以接收电子装置的电讯号转换为光讯号，且将光讯号经由外部光纤传送至远端。此外，光通讯模块1可经由外部光纤接收光讯号，并可将光讯号转换为电讯号传送于电子装置。
于本实施例中，光通讯模块1可为单芯双向(BIDI)光模块。光通讯模块1可包括一基板10、一导光结构20、一光纤座30、光纤连接器40、多个光信号发射器50、多个光信号接收器60、以及一芯片70。基板10可为一长条形结构，且沿一传输方向D1延伸。于本实施例中，基板10可为电路板。基板10可具有多个导电垫11，位于基板10的一侧。于本实施例中，导电垫11可为金手指(Golden finger)。基板10的一端可用以插置于电子装置的电连接器，以使导电垫11接触电连接器，进而使得光通讯模块1可经由导电垫11从电子装置接收电讯号，或是经由导电垫11传送电讯号至电子装置。
导光结构20位于基板10上，且可沿传输方向D1延伸。于本实施例中，导光结构20可经由调整座A1固定于基板10上，且可藉由调整调整座A1的尺寸来调整导光结构20相对于基板10的高度。调整座A1可经由黏胶固定于基板10上。于一些实施例中，光通讯模块1可不包括调整座A1。导光结构20直接设置于基板10上。
光纤座30连接于导光结构20，且位于基板10上。光纤座30可用以固定至少一光纤F1的一端，以使光纤F1之一端接触或邻近于导光结构20。于本实施例中，光纤座30固定多条光纤F1。为了简洁的目的，于图1中仅绘制两条光纤F1，然而光线的的数目并不于以限制。于本实施例中，光纤F1的数目相等于光信号发射器50或光信号接收器60的数目。光纤座30可连接于导光结构20，且可经由调整座A1固定于基板10上。于一些实施例中，光纤座30可经由黏胶固定于导光结构20。
光纤连接器40固定于基板10上，且可位于基板10的一侧。如图1所示，光纤连接器40与导电垫11可分别位于基板10的两相对侧。光纤连接器40可用以固定光纤F1的另一端。于本实施例中，光纤连接器40可为光适配器(Receptacle)。光纤连接器40可用以连接外部光纤，并使外部光纤对准于光纤F1。光纤连接器40可经由固定架A2固定于基板10。于本实施例中，固定架A2可经由黏胶固定于基板10。于一些实施例中，光通讯模块1可不包括固定架A2，光纤连接器40可经由焊接或扣合等方式直接固定于基板10上，但并不以此为限。
光信号发射器50设置于基板10上，且可电性连接于基板10或导电垫11。于本实施例中，光信号发射器50位于基板10以及导光结构20之间，且用以发射输出光束L1至导光结构20。多个光信号发射器50可沿排列方向D2排列。排列方向D2可平行于基板10，且可垂直于传输方向D1。于本实施例中，光通讯模块1具有4个光信号发射器50。然而，光信号发射器50的数目并不于以限制。光通讯模块1可具有1个或2个以上光信号发射器50。
于一些实施例中，光信号发射器50可为激光发射器，例如垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，但并不以此为限。光信号发射器50可用以发射单一波长的光束，例如激光。于一些实施例中，光信号发射器50可为发光二极管(LED)。
光信号接收器60设置于基板10上，且可电性连接于基板10或导电垫11。于本实施例中，光信号接收器60位于基板10以及导光结构20之间，且邻近于光信号发射器50。光信号接收器60用以接收由导光结构20传来的输入光束L2，且将光信号转换为电讯号。多个光信号接收器60可沿排列方向D2排列。
于本实施例中，光通讯模块1具有4个光信号接收器60。然而，光信号接收器60的数目并不于以限制。光通讯模块1可具有1个或2个以上光信号接收器60。于本实施例中，光信号接收器60可为光电二极管(positive-intrinsic-negative diode,PIN diode)，但并不以此为限。
于本实施例中，光信号发射器50以及光信号接收器60固定于承载座A3上，且可以阵列的方式排列于承载座A3上。承载座A3固定于电路板上，且光信号发射器50以及光信号接收器60与基板10或导电垫11电性连接。换句话说，光信号发射器50以及光信号接收器60藉由承载座A3固定于基板10上。因此，于本实施例中，可藉由承载座A3精准地维持光信号发射器50以及光信号接收器60之间的距离，进而能增进光通讯模块1的通讯品质。此外，本揭露可藉由预先将光信号发射器50以及光信号接收器60固定于承载座A3上形成一光学模块，之后再将光学模块安装于基板10上，进而可节省光通讯模块1的制作时间。
芯片70设置于基板10上，且可电性连接于基板10或导电垫11。为了简洁的目的，图1中仅绘制了一个芯片70，但光通讯模块1可具有多个不同种类的芯片70。于本实施例中，芯片70可经由板上芯片(Chips on Board,COB)封装的方式设置于基板10上。于一些实施例中，芯片70可经由表面黏着技术(Surface-mount technology,SMT)设置于基板10上。
芯片70可为控制芯片、检光(Monitor PhotoDiode,MPD)芯片及/或时钟芯片(Retimer)，但并不以此为限。控制芯片可电性连接于光信号发射器50，且可用以依据电子装置所传输的电讯号驱动光信号发射器50发射输出光束，以使输出光束带有光讯号。检光芯片可电性连接于光信号发射器50，且可用以检测光信号发射器50产生的输出光束的功率等参数。时钟芯片可用以使电讯号形成带有时钟讯号的数位讯号。
于本实施例中，电子装置可经由导电垫11传送电讯号至基板10。多个光信号发射器50依据电子装置产生的电讯号产生带有光讯号的多个输出光束L1。多个光信号发射器50所射出的多个输出光束L1经由导光结构20进入不同的光纤F1，且多个光纤F1内的不同输出光束L1可经由光纤连接器40传送至外部光纤。此外，外部光纤内的多个输入光束L2可经由光纤连接器40输入不同的光纤F1。多个光纤F1内的输入光束L2可进入导光结构20，并经由导光结构20射出后分别照射至不同的光信号接收器60。多个光信号接收器60分别将多个输入光束L2的光信号转换为电信号。之后，多个光信号接收器60所输出的电信号可经由导电垫11传送至电子装置。
于本揭露中，可藉由同一个导光结构20来传输多个光信号发射器50的输出光束L1以及多个照射于光信号接收器60的输入光束L2，进而可节省光通讯模块1的制作成本以及体积。此外，光通讯模块1可利用多个光纤F1进行光讯号的传输，进而可提高光通讯模块1的效能。
如图1及图2所示，导光结构20可包括一第一平面光波导21、一第二平面光波导22、一双折射晶体23、以及透镜阵列结构24。第一平面光波导21、双折射晶体23、第二平面光波导22以及光纤座30可沿传输方向D1依序排列。此外，第一平面光波导21、第二平面光波导22、、双折射晶体23、以及透镜阵列结构24可由透光材质所制成。
第一平面光波导21位于基板10的上方，且可于基板10分离。于本实施例中，第一平面光波导21可与光信号发射器50以及光信号接收器60分离。换句话说，光信号发射器50以及光信号接收器60位于基板10以及第一平面光波导21之间。第一平面光波导21具有下表面211、反射面212、以及连接界面213。下表面211朝向光信号发射器50以及光信号接收器60。下表面211可平行于基板10及/或传输方向D1延伸。反射面212相对于下表面211倾斜，且用以反射输出光束L1以及输入光束L2。于本实施例中，反射面212与下表面211之间的夹角约为45度。连接界面213连接于双折射晶体23，且可垂直于基板10及/或传输方向D1。
第二平面光波导22连接于第一平面光波导21，且可位于基板10上。第二平面光波导22可经由调整座A1固定于基板10上，且可与基板10分离。于本实施例中，第一平面光波导21与第二平面光波导22可为一体成型的结构。第一平面光波导21与第二平面光波导22形成一容置槽S1。于一些实施例中，第二平面光波导22分离于第一平面光波导21，且连接于双折射晶体23。
第二平面光波导22具有结合面221。结合面221可垂直于传输方向D1延伸，且可平行于第一平面光波导21的连接界面213。于本实施例中，光纤座30连接于第二平面光波导22的结合面221。此外，光纤F1可邻近或接触于第二平面光波导22的结合面221。
双折射晶体(birefringent crystal)23位于基板10的上方，且可与基板10分离。双折射晶体23连接于第一平面光波导21以及第二平面光波导22，且位于第一平面光波导21以及第二平面光波导22之间。换句话说，第一平面光波导21以及第二平面光波导22分别连接于双折射晶体23的两相反侧。
于本实施例中，双折射晶体23可设置于容置槽S1内。双折射晶体23可垂直于传输方向D1延伸。双折射晶体23可为方解石、石英、或是红宝石，但并不以此为限。双折射晶体23的厚度小于第一平面光波导21的长度以及第二平面光波导22的长度，其中厚度以及长度于相同的方向(例如传输方向D1)上测量。
透镜阵列结构24可连接及固定于第一平面光波导21的下表面211，且对应于光信号发射器50以及光信号接收器60。透镜阵列结构24朝向光信号发射器50以及光信号接收器60，且可与光信号发射器50以及光信号接收器60分离。透镜阵列结构24可包括多个以阵列排列的多个透镜241。每一透镜241对应一个光信号发射器50或光信号接收器60，且与光信号发射器50或光信号接收器60分离。
于本实施例中，光信号发射器50以及光信号接收器60可位于透镜241的焦点。光信号发射器50所射出的输出光束L1经由透镜241进入第一平面光波导21。此外，第一平面光波导21所射出的输入光束L2经由透镜241聚焦至光信号接收器60。
如图1及图2所示，光信号发射器50用以发射输出光束L1至第一平面光波导21。输出光束L1依序行经第一平面光波导21、双折射晶体23、以及第二平面光波导22进入光纤F1。输入光束L2由光纤F1射出后依序行经第二平面光波导22、双折射晶体23、以及第一平面光波导21后照射至光信号接收器60。于本实施例中，输出光束L1的波长不同于输入光束L2的波长。
图3为根据本发明一实施例的导光结构20的示意图。如图3所示，第一平面光波导21包括一第一导光本体214、多个第一光通道215以及多个第二光通道216。第一光通道215以及第二光通道216设置于第一导光本体214内。第一光通道215连接于下表面211、反射面212、以及连接界面213。于下表面211至反侧面212之间的第一光通道215可沿收发方向D3延伸，且于反射面212至连接界面213之间的第一光通道215可沿传输方向D1延伸。第一光通道215的一端对应于透镜241以及光信号发射器50。第一平面光波导21内的输出光束L1于第一光通道215内行进。
第二光通道216连接于下表面211、反射面212、以及连接界面213。于下表面211至反侧面212之间的第二光通道216可沿收发方向D3延伸，且于反射面212至连接界面213之间的第二光通道216可沿传输方向D1延伸。第二光通道216的一端对应于透镜241以及光信号接收器60。第一平面光波导21内的输入光束L2于第二光通道216内行进。第二光通道216的材质及/或折射率可与第一光通道215的材质及/或折射率相同，但并不以此为限。
于一些实施例中，第二光通道216的材质及/或折射率可不同于第一光通道215的材质及/或折射率。于本实施例中，第一光通道215以及第二光通道216的材质及/或折射率可不同于第一导光本体214的材质及/或折射率。于一些实施例中，第一光通道215以及第二光通道216的折射率可大于第一导光本体214的折射率。
第二平面光波导22包括一第二导光本体222以及多个主光通道223。主光通道223设置于第二导光本体222内，且可沿传输方向D1延伸。主光通道223对应于第一光通道215以及第二光通道216。第二平面光波导22内的输出光束L1以及输入光束L2于主光通道223内行进。
主光通道223的材质及/或折射率可与第一光通道215(或第二光通道216)的材质及/或折射率相同，但并不以此为限。于本实施例中，主光通道223的材质及/或折射率可不同于第二导光本体222的材质及/或折射率。于一些实施例中，主光通道223的折射率可大于第二导光本体222的折射率。
于本实施例中，光信号发射器50可沿收发方向D3发射输出光束L1，且输出光束L1经由下表面211进入第一平面光波导21的第一光通道215。于本实施例中，收发方向D3可垂直于传输方向D1。输出光束L1于第一光通道215内行进并经由反射面212反射，之后第一光通道215内的输出光束L1可于沿传输方向D1行进并经由连接界面213射出后进入双折射晶体23。输出光束L1于双折射晶体23内折射后进入第二平面光波导22的主光通道223。最后，主光通道223内的输出光束L1可沿传输方向D1行进并进入光纤F1内，且经由光纤F1输出至外部光纤。于一些实施例中，光信号发射器50所射出的输出光束L1可不经由透镜阵列结构24进入第一平面光波导21。
此外，输入光束L2经由光纤F1射出后，经由结合面221进入第二平面光波导22的主光通道223。输入光束L2于主光通道223内可沿传输方向D1行进并进入双折射晶体23。输入光束L2于双折射晶体23内折射后进入第一平面光波导21的第二光通道216。于第二光通道216内的输入光束L2可沿传输方向D1行进并经由反射面212反射，之后输入光束L2经由下表面211射出后，输入光束L2经由透镜阵列结构24沿收发方向D3照射至光信号接收器60。于一些实施例中，输入光束L2可不经由透镜阵列结构24照射至光信号接收器60。
由于在本实施例中输出光束L1的波长不同于输入光束L2的波长。因此，于双折射晶体23内输出光束L1的折射率可不同于输入光束L2的折射率。于本实施例中，，于双折射晶体23内输出光束L1的折射率小于输入光束L2的折射率因此，于第一光通道215内的输出光束L1可经由双折射晶体23进入主光通道223内，且于主光通道223内的输入光束L2可经由双折射晶体23进入第二光通道216内，进而使得本揭露的光通讯模块1可于同一条光纤F1内进行双向传输。
于本实施例中，输出光束L1的波长大于输入光束L2的波长。输出光束L1的波长约为800nm至1000nm之间。输入光束L2的波长约为750nm至900nm之间。输出光束L1的波长大于输入光束L2的波长约20nm至100nm的范围之间。举例而言，输出光束L1的波长可约为900nm，输入光束L2的波长可约为850nm，且输出光束L1的波长大于输入光束L2的波长约50nm。藉由输出光束L1的波长大于输入光束L2的波长，使得输出光束L1于双折射晶体23内的折射率小于输入光束L2于双折射晶体23内的折射率，进而造成于第一平面光波导21于下表面211的输出光束L1的位置与输入光束L2的位置分离。
因此，藉由本案导光结构20的设计可使得光信号发射器50以及光信号接收器60设置同一基板10上，且使得光信号发射器50的位置邻近于光信号接收器60，进而可简化制作光通讯模块1的困难度。此外，藉由本案导光结构20的设计可减少光通讯模块1的光学元件的数目，可降低光通讯模块1的制作成本。
综上所述，在本发明中藉由具有双折射晶体的导光结构来达成单纤双向的功能，并能减少光通讯模块内部的光学元件，进而能降低光通讯模组的制作成本与制作上的困难度。
对本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的创作方案和创作构思结合生成的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光通讯模块，其特征在于，包括：
第一平面光波导；
双折射晶体，连接于上述第一平面光波导；
第二平面光波导，连接于上述双折射晶体；
光纤，邻近于上述第二平面光波导；
光信号发射器，用以发射输出光束至上述第一平面光波导，其中上述输出光束依序行经上述第一平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第二平面光波导后进入上述光纤；以及
光信号接收器，邻近于上述光信号发射器，且用以接收输入光束，其中上述输入光束由上述光纤射出后依序行经上述第二平面光波导、上述双折射晶体、以及上述第一平面光波导后照射至上述光信号接收器。
2.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，更包括一基板，其中上述光信号发射器以及上述光信号接收器设置于上述基板上，且位于上述基板以及上述第一平面光波导之间。
3.如权利要求2所述的光通讯模块，其特征在于，上述第一平面光波导、上述双折射晶体以及上述第二平面光波导位于上述基板上，上述双折射晶体位于上述第一平面光波导与上述第二平面光波导之间，且上述第二平面光波导经由一调整座固定于上述基板上。
4.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，上述第一平面光波导具有下表面、反射面、以及连接界面，其中上述下表面朝向上述光信号发射器以及上述光信号接收器，上述反射面相对于上述下表面倾斜且用以反射上述输出光束以及上述输入光束，以及上述连接界面连接于上述双折射晶体。
5.如权利要求4所述的光通讯模块，其特征在于，上述第一平面光波导包括：
第一光通道，连接于上述下表面、上述反射面、以及上述连接界面；以及
第二光通道，连接于上述下表面、上述反射面、以及上述连接界面；
其中上述第一平面光波导内的上述输出光束于上述第一光通道内行进，且上述第一平面光波导内的上述输入光束于上述第二光通道内行进。
6.如权利要求5所述的光通讯模块，其特征在于，上述第二平面光波导包括主光通道，对应于上述第一光通道以及上述第二光通道，其中上述第二平面光波导内的上述输出光束以及上述输入光束于上述主光通道内行进。
7.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，上述输出光束的波长不同于上述输入光束的波长。
8.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，上述双折射晶体的厚度小于上述第一平面光波导的长度以及上述第二平面光波导的长度，其中上述厚度以及上述长度于相同的方向上测量。
9.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，更包括：透镜阵列结构设置于上述第一平面光波导的下表面，且朝向上述光信号发射器以及上述光信号接收器。
10.如权利要求1所述的光通讯模块，其特征在于，更包括：
光纤座，连接于上述第二平面光波导，且用以固定上述光纤的一端；以及
光纤连接器，用以固定上述光纤的另一端。
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