JP2008152133A - 波長変換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる波長変換器を提供する。
【解決手段】変換対象である入力光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された一方の励起光とともに、光合波部21により合波されて光ファイバ31の一端に入力される。光ファイバ31の他端から出力された光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された他方の励起光とともに、光合波部22により合波されて光ファイバ32の一端に入力される。入力光および励起光が光ファイバ31,32を導波する間に、非線形光学現象が発現して、入力光の波長と異なる波長の変換光が光ファイバ31,32において発生する。光ファイバ31,32それぞれの零分散波長は互いに異なる。
【選択図】図3
【解決手段】変換対象である入力光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された一方の励起光とともに、光合波部21により合波されて光ファイバ31の一端に入力される。光ファイバ31の他端から出力された光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された他方の励起光とともに、光合波部22により合波されて光ファイバ32の一端に入力される。入力光および励起光が光ファイバ31,32を導波する間に、非線形光学現象が発現して、入力光の波長と異なる波長の変換光が光ファイバ31,32において発生する。光ファイバ31,32それぞれの零分散波長は互いに異なる。
【選択図】図3
Description
本発明は、入力される入力光の波長と異なる波長の変換光を発生する波長変換器に関するものである。
波長変換器は、光ファイバ等において発現する非線形光学現象(四光波混合や光パラメトリック発振)を利用して、入力光の波長と異なる波長の変換光を発生するものである。この波長変換器では、一般に、光ファイバに入力される励起光の波長を含む波長帯域であって波長変換可能な入力光の帯域が議論されている。この波長帯域では、入力光波長と励起光波長との差Δλが大きくなると、波長変換効率は次第に小さくなっていく。この波長帯域を以下では「主帯域」という。また、この主帯域において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上となる入力光の波長帯域の幅を、以下では「主帯域幅」という。その一方で、主帯域外の波長に対しては、変換対象外として殆ど考察されていなかった。
しかし、入力光波長と励起光波長との差Δλに対して四光波混合や光パラメトリック発振は位相整合条件が周期的に成り立つことから、波長変換効率は、原理的に信号光波長に対して周期的な特性を示す。すなわち、主帯域より更に波長差Δλが大きくなっていくと、波長変換効率は増減を繰り返す。以下では、波長変換効率が極小となる2波長の間の帯域を「サイドバンド」といい、そのうち最も波長差Δλが小さい波長帯域のものを「1次サイドバンド」という。各サイドバンド内では、それに含まれる或る波長差Δλにおいて波長変換効率が極大となり、その波長差Δλから離れるに従い波長変換効率は小さくなる。
特開平7−84289号公報
K. Inoue, OpticsLett., Vol.19, No.16 (1994) 1189
従来の波長変換器において入力光を波長変換する場合、主帯域における波長変換が意図されていたが、サイドバンドの存在により、波長変換を意図していない波長の入力光まで波長変換されてしまう。その結果、波長変換後の光と、もともとその波長域にある別の光とが互いに干渉しあって、コヒーレントクロストークによる原信号の劣化を引き起こす等の弊害が生じる恐れがある。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる波長変換器を提供することを目的とする。
本発明に係る波長変換器は、入力される入力光の波長と異なる波長の変換光を発生する波長変換器であって、(1) 励起光を出力する励起光源と、(2) 入力光と励起光とを合波して出力する光合波部と、(3) 互いに異なる零分散波長を有し、光合波部により合波されて出力された入力光および励起光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生する縦続接続された複数の光ファイバと、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る波長変換器は、複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対してサイドバンドにおける波長変換効率が−20dB未満であることを特徴とする。
この波長変換器では、変換対象である入力光は、励起光源から出力された励起光とともに、光合波部により合波されて、縦続接続された複数の光ファイバの一端に入力される。入力された入力光および励起光が複数の光ファイバを導波する間に、非線形光学現象が発現して、入力光の波長と異なる波長の変換光が複数の光ファイバにおいて発生する。その複数の光ファイバで発生した変換光は、光ファイバの他端から出力される。このとき、複数の光ファイバの零分散波長が互いに異なり、複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対してサイドバンドにおける波長変換効率が−20dB未満であるので、主帯域における波長変換効率の最大値に対して、サイドバンドにおける波長変換効率の極大値は小さく抑圧される。これにより、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる。
本発明に係る波長変換器は、複数の光ファイバのうちの何れかの光ファイバが高非線形性光ファイバであるのが好適である。この場合には、波長変換効率が高く、光ファイバを短尺化することができる。それ故、偏波モード分散、誘導ブリルアン散乱および分散特性長手変動が低減される。
本発明に係る波長変換器は、複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差が15nm以上であるのが好適である。この場合には、Cバンドに含まれる全ての波長の入力光を主帯域の寄与により波長変換することができる。
本発明に係る波長変換器は、励起光の波長λpが1570nm未満であり、複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差が(1570nm−λp)未満であるのが好適である。この場合には、Cバンドに含まれる全ての波長の入力光を主帯域の寄与により波長変換することができるとともに、Lバンドに含まれる波長の入力光の波長変換を抑圧することができる。
本発明に係る波長変換器は、複数の光ファイバそれぞれがコイル状に巻かれた状態であるのが好適である。この場合には、小型化可能であり、取扱が容易である。
本発明に係る波長変換器は、複数の光ファイバのうちの何れかの光ファイバの零分散波長を調整する零分散波長調整手段を更に備えるのが好適である。この場合には、複数の光ファイバが同種のものであっても、零分散波長調整手段により、複数の光ファイバの零分散波長を互いに異なるものとすることができる。
本発明に係る波長変換器では、零分散波長調整手段は、光ファイバの温度を調整することにより光ファイバの零分散波長を調整するのが好適であり、光ファイバの応力を調整することにより光ファイバの零分散波長を調整するのが好適であり、また、光ファイバの張力を調整することにより光ファイバの零分散波長を調整するのが好適である。また、零分散波長調整手段が光ファイバの温度を調整する場合には、その温度調整範囲は40℃以上であるのが好適であり、この場合には、波長変換器における波長変換特性の調整量を充分なものとすることができる。
本発明に係る波長変換器は、(a) 光ファイバの状態を検出する検出部と、(b) 検出部による検出の結果に基づいて、零分散波長調整手段による光ファイバの零分散波長調整を制御する制御部と、を更に備えるのが好適である。この場合には、光ファイバの状態が検出部により検出部され、この検出部による検出の結果に基づいて、零分散波長調整手段による光ファイバの零分散波長調整が制御部により制御される。このようにすることにより、波長変換器における波長変換特性は、調整され得るだけでなく、所望特性に安定に維持される。
本発明に係る波長変換器は、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
先ず、1本の光ファイバを用いて波長変換を行う場合の波長変換効率の波長依存性について説明する。図1は、波長変換効率の波長依存性の一例を示す図である。ここで、励起光の波長を1549.4nmとし、また、光ファイバとして以下の諸元を有する高非線形性光ファイバを想定する。光ファイバは、励起光波長において、温度Tによる零分散波長λ0の微係数(dλ0/dT)の値が0.02nm/℃であり、波長分散が0.024ps/nm/kmであり、分散スロープが0.03ps/nm2/kmであり、伝送損失が0.5dB/kmであり、長さが2kmであり、非線形係数γが20W−1km−1である。また、光ファイバの分散スロープの波長依存性および零分散波長は、長手方向に一様であるとする。この光ファイバは、温度Tによる零分散波長λ0の微係数(dλ0/dT)の値が0.02nm/℃であるから、40℃の温度変化により、零分散波長が0.8nmだけ変化する。
図1において、横軸のΔλは、入力光波長と励起光波長との差である。縦軸の波長変換効率ηは、入力光波長と励起光波長とが互いにほぼ一致する場合の波長変換効率で規格化されている。この図に示されるように、主帯域において、入力光と励起光との波長差Δλが8.45nm以下である範囲で、波長変換効率の最大値に対して−3dB以上の波長変換効率となる。すなわち、主帯域幅は16.9nmである。また、主帯域の外側にサイドバンドが存在する。
図2は、波長変換の際の入力光,励起光および変換光それぞれの波長の配置を示す図である。図1に示されるような波長変換特性を有する光ファイバを用いて波長変換を行う場合、図2に示されるように、励起光波長に比較的近い波長の入力光は、主帯域の寄与により波長変換されて変換光とされる。また、励起光波長から比較的遠い波長の入力光も、1次サイドバンドの寄与により波長変換されて変換光とされる。このように、サイドバンドの存在により、波長変換を意図していない波長の入力光まで波長変換されしてしまう。以下に説明する本発明の実施形態の波長変換器は、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができるものである。
(第1実施形態)
先ず、本発明に係る波長変換器の第1実施形態について説明する。図3は、第1実施形態に係る波長変換器1の構成図である。この図に示される波長変換器1は、励起光源11、光分岐部12、光合波部21,22、光ファイバ31,32、光分岐部41、波長選択部51、零分散波長調整手段61,62、検出部71および制御部72を備え、入力される入力光の波長と異なる波長の変換光を発生する。
励起光源11は、励起光を出力する。光分岐部12は、励起光源11から出力される励起光を2分岐して、その2分岐した励起光を光合波部21,22へ出力する。光合波部21は、変換対象である入力光を入力するとともに、光分岐部12から到達した励起光をも入力して、これら入力光と励起光とを合波して出力して、光ファイバ31へ入力させる。また、光合波部22は、光ファイバ31から出力された光を入力するとともに、光分岐部12から到達した励起光をも入力して、これらの光を合波して出力して、光ファイバ32へ入力させる。
光ファイバ31は、光合波部21により合波されて出力された入力光および励起光を一端に入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象(四光波混合や光パラメトリック発振)によって変換光を発生して、その変換光を他端から光合波部22へ出力する。また、光ファイバ32は、光合波部22により合波されて出力された光ファイバ31からの出力光および励起光を一端に入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生して、その変換光を他端から光分岐部41へ出力する。
光ファイバ31,32は、光合波部22を挟んで縦続接続されていて、励起光波長の近傍に零分散波長を有するが、各々の零分散波長が互いに異なる。なお、光ファイバ32の他端から出力される光には、変換光に加えて、入力光と同じ波長の光および励起光が含まれる。
光ファイバ31,32は、高非線形性光ファイバであるのが好適である。この場合には、波長変換効率が高く、光ファイバ31,32を短尺化することができる。それ故、偏波モード分散、誘導ブリルアン散乱および分散特性長手変動が低減される。また、光ファイバ31,32は、コイル状に巻かれた状態であるのが好適である。この場合には、小型化可能であり、取扱が容易である。
光分岐部41は、光ファイバ32から出力された光の殆どを波長選択部51へ出力するとともに、一部を分岐して検出部71へ出力する。波長選択部51は、光分岐部41から出力されて到達した光を入力し、その入力した光のうち変換光を選択的に出力する。波長選択部51は、例えば光フィルタや光分波器等である。
零分散波長調整手段61は、光ファイバ31の零分散波長を調整するものである。零分散波長調整手段62は、光ファイバ32の零分散波長を調整するものである。零分散波長調整手段61、62は、光ファイバ31,32の温度を調整することにより光ファイバ31,32の零分散波長を調整してもよいし、光ファイバ31,32の応力を調整することにより光ファイバ31,32の零分散波長を調整してもよいし、また、光ファイバ31,32の張力を調整することにより光ファイバ31,32の零分散波長を調整してもよい。零分散波長調整手段61,62が光ファイバ31,32の温度を調整する場合には、その温度調整範囲は40℃以上であるのが好適であり、この場合には、光ファイバ31,32の零分散波長の調整量を充分なものとすることができる。
光ファイバ31,32は、互いに同種のものであってもよく、零分散波長調整手段61,62により零分散波長が調整されることで、互いに異なる零分散波長を有することができる。また、光ファイバ31,32は、互いに異種のものであって、同一温度において互いに異なる零分散波長を有するものであってもよいし、長さが互いに異なっていてもよい。そして、2本の光ファイバ31,32の全体において、波長変換効率の最大値に対してサイドバンドにおける波長変換効率が−20dB未満とされている。
検出部71は、光分岐部41により分岐されて到達した光を入力して受光し、その受光結果に基づいて光ファイバ31,32の状態を検出する。このとき、検出部71は、受光した光のパワーもしくはスペクトル、または、受光した光のうちの変換光のパワーに基づいて、光ファイバ31,32の状態を検出する。制御部72は、検出部71による検出の結果に基づいて、零分散波長調整手段61,62による光ファイバ31,32の零分散波長調整を制御する。
この波長変換器1は以下のように動作する。変換対象である入力光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された一方の励起光とともに、光合波部21により合波されて光ファイバ31の一端に入力される。また、光ファイバ31の他端から出力された光は、励起光源11から出力され光分岐部12により分岐された他方の励起光とともに、光合波部22により合波されて光ファイバ32の一端に入力される。入力光および励起光が光ファイバ31,32を導波する間に、非線形光学現象が発現して、入力光の波長と異なる波長の変換光が光ファイバ31,32において発生する。その光ファイバ31,32で発生した変換光は、光ファイバ32の他端から出力され、光分岐部41および波長選択部51を経て出力される。
このとき、光ファイバ31の零分散波長が零分散波長調整手段61により調整され、また、光ファイバ32の零分散波長が零分散波長調整手段62により調整されるので、これにより波長変換器1における波長変換特性も調整され得る。また、光ファイバ31,32の状態が検出部71により検出され、検出部71による検出の結果に基づいて、零分散波長調整手段61,62による光ファイバ31,32の零分散波長調整が制御部72により制御される。
ここで、励起光の波長を1549.4nmとし、また、光ファイバ31,32として図1で説明した高非線形性光ファイバを想定する。光ファイバ31の温度に対して光ファイバ32の温度を13℃だけ高く設定することにより、励起光波長において、光ファイバ31の波長分散は0.024ps/nm/kmであり、光ファイバ32の波長分散は0.0162ps/nm/kmである。図4は、第1実施形態に係る波長変換器1に含まれる光ファイバ31,32それぞれにおける波長変換効率特性を示す図である。また、図5は、第1実施形態に係る波長変換器1に含まれる光ファイバ31,32の全体における波長変換効率特性を示す図である。
図4に示されるように、光ファイバ31,32の個々では、主帯域における波長変換効率の最大値に対して、1次サイドバンドにおける波長変換効率の極大値は−15dB程度である。しかし、光ファイバ31,32それぞれの零分散波長が互いに異なることから、光ファイバ31,32それぞれにおける波長変換効率の波長依存性は互いに異なっている。特に、この例では、光ファイバ31の1次サイドバンドにおいて波長変換効率が極大となる波長が、光ファイバ32の主帯域と1次サイドバンドとの間において波長変換効率が極小となる波長と略一致している。その結果、図5に示されるように、光ファイバ31,32の全体では、主帯域における波長変換効率の最大値に対して、サイドバンドにおける波長変換効率の極大値は−31dB以下まで抑圧されている。これにより、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる。もちろん、実際には個々の光ファイバの変換特性の単純な掛け合わせにはならない。これは、信号光、変換光、及び励起光の三つの光の位相が光ファイバ32に入る際に異なってくるためであり、実用上は制御部でモニタしながら最適であるよう微調整する必要がある。
特に、2本の光ファイバ31,32の全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差Δλが15nm以上であるのが好ましい。すなわち、主帯域幅が30nm以上であるのが好ましい。このようにすることにより、Cバンドに含まれる全ての波長の入力光を主帯域の寄与により波長変換することができる。
また、励起光の波長λpが1570nm未満であり、2本の光ファイバ31,32の全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差Δλが(1570nm−λp)未満であるのが好ましい。このようにすることにより、Cバンドに含まれる全ての波長の入力光を主帯域の寄与により波長変換することができるとともに、Lバンドに含まれる波長の入力光の波長変換を抑圧することができる。
次に、図6〜図9を用いて、第1実施形態に係る波長変換器1に含まれる零分散波長調整手段61の具体的構成について説明する。これらの図に示された構成では、光ファイバ31は、ボビン33の胴部の周囲にコイル状に巻かれている。なお、零分散波長調整手段61および光ファイバ32についても同様である。
図6に示される零分散波長調整手段61としての電圧印加部61Aは、ボビン33に電圧を印加して電流を流し、これによりボビン33を加熱するとともに、光ファイバ31をも加熱して、光ファイバ31の零分散波長を調整する。なお、零分散波長調整手段61としてのヒータやペルチエ素子が、ボビン33や光ファイバ31に配置されていて、これにより光ファイバ31の零分散波長を調整してもよい。
図7に示される零分散波長調整手段61としての電圧印加部61Bは、ボビン33の胴部に電圧を印加して電流を流し、これによりボビン33の胴部を熱膨張させるとともに、光ファイバ31の応力を変化させて、光ファイバ31の零分散波長を調整する。
図8に示される零分散波長調整手段61としての伸縮部材61Cは、ボビン33の胴部の内側に挿入される円柱形状のものであり、ピエゾ素子等により径方向に伸縮自在である。この伸縮部材61Cは、径方向の伸縮により、光ファイバ31の応力を変化させて、光ファイバ31の零分散波長を調整する。また、ボビンの胴部がピエゾ素子そのものであってもよい。
図9に示される零分散波長調整手段61としての張力付与部61Dは、光ファイバ31の両端を把持して移動自在であり、光ファイバ31に張力を付与することで、光ファイバ31の零分散波長を調整する。なお、ボビン33が回転することで、光ファイバ31に張力を付与して、光ファイバ31の零分散波長を調整してもよい。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る波長変換器の第2実施形態について説明する。図10は、第2実施形態に係る波長変換器2の構成図である。この図に示される波長変換器2は、励起光源11、光合波部21、光ファイバ31,32、光分岐部41、波長選択部51、零分散波長調整手段61,62、検出部71および制御部72を備え、入力される入力光の波長と異なる波長の変換光を発生する。
図3に示された第1実施形態に係る波長変換器1の構成と比較すると、この図10に示される第2実施形態に係る波長変換器2は、光分岐部12および光合波部22が設けられておらず、励起光源11から出力された励起光が光合波部21を経て光ファイバ31および光ファイバ32を順に導波する点で相違する。
この波長変換器2は以下のように動作する。変換対象である入力光は、励起光源11から出力された励起光とともに、光合波部21により合波されて光ファイバ31の一端に入力される。光ファイバ31の一端に入力された入力光および励起光が光ファイバ31,32を導波する間に、非線形光学現象が発現して、入力光の波長と異なる波長の変換光が光ファイバ31,32において発生する。その光ファイバ31,32で発生した変換光は、光ファイバ32の他端から出力され、光分岐部41および波長選択部51を経て出力される。
このとき、光ファイバ31の零分散波長が零分散波長調整手段61により調整され、また、光ファイバ32の零分散波長が零分散波長調整手段62により調整されるので、これにより波長変換器2における波長変換特性も調整され得る。また、光ファイバ31,32の状態が検出部71により検出され、検出部71による検出の結果に基づいて、零分散波長調整手段61,62による光ファイバ31,32の零分散波長調整が制御部72により制御される。
第1実施形態と同様に第2実施形態においても、光ファイバ31,32それぞれの零分散波長が互いに異なることから、光ファイバ31,32それぞれにおける波長変換効率の波長依存性は互いに異なっている。特に、光ファイバ31の1次サイドバンドにおいて波長変換効率が極大となる波長が、光ファイバ32の主帯域と1次サイドバンドとの間において波長変換効率が極小となる波長と略一致しているのが好ましい。その結果、光ファイバ31,32の全体では、主帯域における波長変換効率の最大値に対して、サイドバンドにおける波長変換効率の極大値は小さく抑圧される。これにより、波長変換を意図しない波長の入力光の波長変換を抑制することができる。
第2実施形態においても、2本の光ファイバ31,32の全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差Δλが15nm以上であるのが好ましい。また、励起光の波長λpが1570nm未満であり、2本の光ファイバ31,32の全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる入力光と励起光との波長差Δλが(1570nm−λp)未満であるのが好ましい。
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、波長変換器において縦続接続される光ファイバは、上記の各実施形態のように2本であってもよいし、3本以上であってもよい。各実施形態の波長変換器において、光ファイバ31と光ファイバ32との前後関係は任意である。
1〜2…波長変換器、11…励起光源、12…光分岐部、21,22…光合波部、31,32…光ファイバ、41…光分岐部、51…波長選択部、61,62…零分散波長調整手段、71…検出部、72…制御部。
Claims (11)
- 入力される入力光の波長と異なる波長の変換光を発生する波長変換器であって、
励起光を出力する励起光源と、
前記入力光と前記励起光とを合波して出力する光合波部と、
互いに異なる零分散波長を有し、前記光合波部により合波されて出力された前記入力光および前記励起光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって前記変換光を発生する縦続接続された複数の光ファイバと、
を備え、
前記複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対してサイドバンドにおける波長変換効率が−20dB未満である、
ことを特徴とする波長変換器。 - 前記複数の光ファイバのうちの何れかの光ファイバが高非線形性光ファイバであることを特徴とする請求項1記載の波長変換器。
- 前記複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる前記入力光と前記励起光との波長差が15nm以上である、ことを特徴とする請求項1記載の波長変換器。
- 前記励起光の波長λpが1570nm未満であり、
前記複数の光ファイバの全体において、波長変換効率の最大値に対して−10dB以上の波長変換効率となる前記入力光と前記励起光との波長差が(1570nm−λp)未満である、
ことを特徴とする請求項1記載の波長変換器。 - 前記複数の光ファイバそれぞれがコイル状に巻かれた状態であることを特徴とする請求項1記載の波長変換器。
- 前記複数の光ファイバのうちの何れかの光ファイバの零分散波長を調整する零分散波長調整手段を更に備えることを特徴とする請求項1記載の波長変換器。
- 前記零分散波長調整手段が前記光ファイバの温度を調整することにより前記光ファイバの零分散波長を調整することを特徴とする請求項6記載の波長変換器。
- 前記零分散波長調整手段による前記光ファイバの温度調整範囲が40℃以上であることを特徴とする請求項7記載の波長変換器。
- 前記零分散波長調整手段が前記光ファイバの応力を調整することにより前記光ファイバの零分散波長を調整することを特徴とする請求項6記載の波長変換器。
- 前記零分散波長調整手段が前記光ファイバの張力を調整することにより前記光ファイバの零分散波長を調整することを特徴とする請求項6記載の波長変換器。
- 前記光ファイバの状態を検出する検出部と、
前記検出部による検出の結果に基づいて、前記零分散波長調整手段による前記光ファイバの零分散波長調整を制御する制御部と、
を更に備えることを特徴とする請求項6記載の波長変換器。
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