JP3104818B2 - 光方向性結合器 - Google Patents
光方向性結合器Info
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- JP3104818B2 JP3104818B2 JP04229805A JP22980592A JP3104818B2 JP 3104818 B2 JP3104818 B2 JP 3104818B2 JP 04229805 A JP04229805 A JP 04229805A JP 22980592 A JP22980592 A JP 22980592A JP 3104818 B2 JP3104818 B2 JP 3104818B2
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- directional coupler
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- optical waveguide
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムにおい
て、光信号の分岐・合波に必須の光部品である光方向性
結合器に関するものである。
て、光信号の分岐・合波に必須の光部品である光方向性
結合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光方向性結合器は、光導波路において必
須不可欠な素子であり、その従来の構造としては図５の
（ａ），（ｂ）に示すものが知られている。図５の
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切っ
た断面図である。
須不可欠な素子であり、その従来の構造としては図５の
（ａ），（ｂ）に示すものが知られている。図５の
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線で切っ
た断面図である。
【０００３】このような光回路を作製するには、次の手
順による。
順による。
【０００４】先ず、Ｓｉ基板上に火炎堆積法によってＳ
ｉＯ2下部クラッド層を堆積し、次にＴｉＯ2またはＧｅ
Ｏ2をドーパントとして添加したＳｉＯ2ガラスのコア層
を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。次に、コ
ア層をエッチングして、所定の光導波路を形成し、最後
に、ＳｉＯ2上部クラッド層を堆積した。
ｉＯ2下部クラッド層を堆積し、次にＴｉＯ2またはＧｅ
Ｏ2をドーパントとして添加したＳｉＯ2ガラスのコア層
を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。次に、コ
ア層をエッチングして、所定の光導波路を形成し、最後
に、ＳｉＯ2上部クラッド層を堆積した。
【０００５】ここで、光導波路１，２は、光が入射する
直線状の入射部３、伝搬する方向を連続的に変える曲線
状の入射側の展開部４、相互に近接して平行に配置され
光を結合させ、または、分岐する直線状の結合部５、伝
搬する光の方向を連続的に変える曲線状の出射側の展開
部６および光を出射する直線状の出射部７とからなり、
これら２本の光導波路の幅を一定とした形状となってい
る。
直線状の入射部３、伝搬する方向を連続的に変える曲線
状の入射側の展開部４、相互に近接して平行に配置され
光を結合させ、または、分岐する直線状の結合部５、伝
搬する光の方向を連続的に変える曲線状の出射側の展開
部６および光を出射する直線状の出射部７とからなり、
これら２本の光導波路の幅を一定とした形状となってい
る。
【０００６】今、光導波路１，２の入射部３よりパワー
Ｐ０の光を入射したとき、出射部７の光導波路１，２か
らそれぞれパワーＰ１，Ｐ２の光が出射されるとする。
Ｐ０の光を入射したとき、出射部７の光導波路１，２か
らそれぞれパワーＰ１，Ｐ２の光が出射されるとする。
【０００７】光方向性結合器の挿入損失は、 −１０Ｌｏｇ10（（Ｐ１＋Ｐ２)／Ｐ０） で算出でき、挿入損失を低減するためには、光導波路の
光パワー閉じ込め率Γの値を大きくし、展開部４，６の
曲げ損失を抑える必要がある。
光パワー閉じ込め率Γの値を大きくし、展開部４，６の
曲げ損失を抑える必要がある。
【０００８】一方、光方向性結合器の結合率ηは式
（１）に従う。
（１）に従う。
【０００９】 η＝Ｐ２／(Ｐ１＋Ｐ２)＝ｓｉｎ2((π／２)(１ｃ＋δ１)／Ｌ0）…（１） ここで、１ｃは結合部の光導波路の長さ、δ１は展開部
の結合に対する寄与、Ｌ0は完全結合長を意味する。す
なわち、Ｌ0が長くなるほど、結合率ηは小さい。
の結合に対する寄与、Ｌ0は完全結合長を意味する。す
なわち、Ｌ0が長くなるほど、結合率ηは小さい。
【００１０】図６に結合部の光導波路間隔Ｇと完全結合
長Ｌ0の関係を示す。実線は光導波路に光パワーが強く
閉じ込められた場合（大きなΓ値）、破線は反対に光導
波路の光パワーの洩れが著しい場合（小さなΓ値）につ
いてである。光導波路間隔Ｇが増加すると共に近接光導
波路間の相互作用が弱くなるため完全結合長Ｌ0は長く
なる。
長Ｌ0の関係を示す。実線は光導波路に光パワーが強く
閉じ込められた場合（大きなΓ値）、破線は反対に光導
波路の光パワーの洩れが著しい場合（小さなΓ値）につ
いてである。光導波路間隔Ｇが増加すると共に近接光導
波路間の相互作用が弱くなるため完全結合長Ｌ0は長く
なる。
【００１１】Γ値が大きいとき、光導波路からの光パワ
ーの洩れが小さいため２本の光導波路間の結合が弱くな
るため、図６の実線の傾きは破線に比べて大きい。
ーの洩れが小さいため２本の光導波路間の結合が弱くな
るため、図６の実線の傾きは破線に比べて大きい。
【００１２】このとき、Ｌ0とＧの関係式は式（２）に
よって表される。
よって表される。
【００１３】 Ｌ0＝ａ・ｅｘｐ(ｂ・Ｇ） ……（２） 式（１），（２）およびδ１が光導波路間隔Ｇに対し依
存しないことから、光導波路間隔Ｇに対する結合率ηの
傾きは、 ｄη／ｄＧ＝−π・ｂ・((１ｃ＋δ１)／Ｌ0)・√η(１−η) ……（３） となる。式（３）より、３ｄＢ結合器を作製する場合の
光導波路間隔Ｇに対するトレランスは、 Δη＝−(π／４)・ｂ・ΔＧ ……（４） となる。式（４）の中で、ΔＧは光導波路間隔Ｇの作製
誤差、Δηは結合率のずれを示す。この結果から製作ト
レランスを緩和するためには、式（２）のｂの値を小さ
くすることが必要である。すなわち、光導波路の光パワ
ー閉じ込め率Γの値を小さくしなければならない。これ
は、光方向性結合器を低損失化するための要求とは相反
する。
存しないことから、光導波路間隔Ｇに対する結合率ηの
傾きは、 ｄη／ｄＧ＝−π・ｂ・((１ｃ＋δ１)／Ｌ0)・√η(１−η) ……（３） となる。式（３）より、３ｄＢ結合器を作製する場合の
光導波路間隔Ｇに対するトレランスは、 Δη＝−(π／４)・ｂ・ΔＧ ……（４） となる。式（４）の中で、ΔＧは光導波路間隔Ｇの作製
誤差、Δηは結合率のずれを示す。この結果から製作ト
レランスを緩和するためには、式（２）のｂの値を小さ
くすることが必要である。すなわち、光導波路の光パワ
ー閉じ込め率Γの値を小さくしなければならない。これ
は、光方向性結合器を低損失化するための要求とは相反
する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光方向性結合器では、製作トレランスが良好であると共
に、低挿入損失を同時に実現することが困難であるとい
う問題があった。
光方向性結合器では、製作トレランスが良好であると共
に、低挿入損失を同時に実現することが困難であるとい
う問題があった。
【００１５】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、製作性が良く低損
失な光方向性結合器を提供することにある。
されたものであり、本発明の目的は、製作性が良く低損
失な光方向性結合器を提供することにある。
【００１６】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。 即ち、本発明は、基板上に形成され
た２本の光導波路を有し、前記各光導波路は、光が入射
する直線状の入射部と、伝搬する光の方向を連続的に曲
げる曲線状の入射側展開部と、相互に平行に近接して配
置され、伝搬する光を分岐し、または、結合する直線状
の結合部と、伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状
の出射側展開部と、伝搬した光を出射する直線状の出射
部とから構成される光方向性結合器であって、前記入射
側および出射側展開部は、曲がりによる放射損失の増加
をもたらさない大きな光閉じ込め率Γを有し、前記直線
状の結合部の光導波路は、導波路幅が、前記入射部と曲
線状の入射側展開部、および前記出射部と曲線状の出射
側展開部の光導波路の導波路幅よりも細く、かつ、規格
化周波数が２．４以下であることを特徴とする。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。 即ち、本発明は、基板上に形成され
た２本の光導波路を有し、前記各光導波路は、光が入射
する直線状の入射部と、伝搬する光の方向を連続的に曲
げる曲線状の入射側展開部と、相互に平行に近接して配
置され、伝搬する光を分岐し、または、結合する直線状
の結合部と、伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状
の出射側展開部と、伝搬した光を出射する直線状の出射
部とから構成される光方向性結合器であって、前記入射
側および出射側展開部は、曲がりによる放射損失の増加
をもたらさない大きな光閉じ込め率Γを有し、前記直線
状の結合部の光導波路は、導波路幅が、前記入射部と曲
線状の入射側展開部、および前記出射部と曲線状の出射
側展開部の光導波路の導波路幅よりも細く、かつ、規格
化周波数が２．４以下であることを特徴とする。
【００１８】前記規格周波数（ｖ）は、直線状の結合部
の光導波路の屈折率をｎ 1 、該光導波路を囲んでいるク
ラッドの屈折率をｎ 2 、該光導波路の幅を２ａ、光の波
長をλとするとき、次式で定義される。
の光導波路の屈折率をｎ 1 、該光導波路を囲んでいるク
ラッドの屈折率をｎ 2 、該光導波路の幅を２ａ、光の波
長をλとするとき、次式で定義される。
【００１９】
【数２】
【００２０】つまり、本発明の光方向性結合器の構成
は、結合部の光導波路の光パワー閉じ込め率を展開部の
光導波路に比較して小さくなるよう光導波路寸法を設定
する。
は、結合部の光導波路の光パワー閉じ込め率を展開部の
光導波路に比較して小さくなるよう光導波路寸法を設定
する。
【００２１】
【作用】前記の手段によれば、結合部の光導波路幅を入
出射部および展開部に比べて細くしたことによって、強
結合状態として製作ばらつきを低減できる。
出射部および展開部に比べて細くしたことによって、強
結合状態として製作ばらつきを低減できる。
【００２２】また、展開部の曲がりによる放射損失の増
加をもたらさない。
加をもたらさない。
【００２３】また、結合部を強結合したことにより、３
ｄＢ結合器の全長が短くなるため高集積化が可能となる
と共に、石英系光導波路の場合、光の偏波依存性につい
ても緩和される。
ｄＢ結合器の全長が短くなるため高集積化が可能となる
と共に、石英系光導波路の場合、光の偏波依存性につい
ても緩和される。
【００２４】また、結合部の光導波路の閉じ込めが弱い
ため、熱，圧力，電界，光などの外部作用によって、展
開部の放射損失の増加をもたらさずに比較的容易に光方
向性結合器の結合率を制御することができる。
ため、熱，圧力，電界，光などの外部作用によって、展
開部の放射損失の増加をもたらさずに比較的容易に光方
向性結合器の結合率を制御することができる。
【００２５】
（実施例１）以下、図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２６】図１は、本発明の実施例１の光方向性結合
器の概略構成を示す模式構成図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分の拡大図であ
る。なお、従来例を示す図５と同一構成部分は同一符号
をもって表している。
器の概略構成を示す模式構成図であり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分の拡大図であ
る。なお、従来例を示す図５と同一構成部分は同一符号
をもって表している。
【００２７】本実施例１の光方向性結合器は、図１に示
すように、光導波路１，２は、光が入射する直線状の入
射部３、伝搬する方向を連続的に変える曲線状の入射側
展開部４、相互に近接して平行に配置され、光を結合さ
せ、または、分岐する直線状の結合部５、伝搬する光の
方向を連続的に変える曲線状の出射側展開部６および光
を出射する直線状の出射部７とからなり、前記伝搬する
光の方向を連続的に変える曲線状の展開部４，６が、２
本の光導波路１，２の幅を連続的に変化させた形状とな
っている。
すように、光導波路１，２は、光が入射する直線状の入
射部３、伝搬する方向を連続的に変える曲線状の入射側
展開部４、相互に近接して平行に配置され、光を結合さ
せ、または、分岐する直線状の結合部５、伝搬する光の
方向を連続的に変える曲線状の出射側展開部６および光
を出射する直線状の出射部７とからなり、前記伝搬する
光の方向を連続的に変える曲線状の展開部４，６が、２
本の光導波路１，２の幅を連続的に変化させた形状とな
っている。
【００２８】すなわち、本実施例１の展開部４，６の形
状は、例えば、下記式（１）及び式（２）に示す、二乗
余弦（raised cosine）関数に基づいた形状に形成し、
連続的に光導波路幅が変化する。
状は、例えば、下記式（１）及び式（２）に示す、二乗
余弦（raised cosine）関数に基づいた形状に形成し、
連続的に光導波路幅が変化する。
【００２９】 Ｆ０(ｚ)＝(Ｘ０＋Ｄ０・ｃｏｓ2(πｚ／(２Ｌｚ）) ……（１） Ｆ１(ｚ)＝(Ｘ１＋Ｄ１・ｃｏｓ2(πｚ／(２Ｌｚ）) ……（２） Ｘ０＝Ｇ１／２ ……（３） Ｄ０＝(Ｇ１−Ｇ２)／２ ……（４） Ｘ１＝Ｗ１＋Ｘ０ ……（５） Ｄ１＝(Ｗ１−Ｗ２)＋Ｄ０ ……（６） なお、式（１）は展開部の内側部の形状を、また、式
（２）は展開部の外側部の形状を示している。ただし、
Ｗ１は入出射部の光導波路幅、Ｗ２は結合部の光導波路
幅、Ｇ１は入出射部の光導波路間隔、Ｇ２は結合部の光
導波路間隔、Ｌｚは展開部の長さ、ｚ軸は光導波路１，
２の対称線上に、ｘ軸はｚ軸の垂直な向きに、原点は展
開部の開始する点とした。
（２）は展開部の外側部の形状を示している。ただし、
Ｗ１は入出射部の光導波路幅、Ｗ２は結合部の光導波路
幅、Ｇ１は入出射部の光導波路間隔、Ｇ２は結合部の光
導波路間隔、Ｌｚは展開部の長さ、ｚ軸は光導波路１，
２の対称線上に、ｘ軸はｚ軸の垂直な向きに、原点は展
開部の開始する点とした。
【００３０】このような光回路の作製は、従来の技術で
示した工程と同様の工程を経て作製される。すなわち、
Ｓｉ基板上に火炎堆積法によってＳｉＯ2下部クラッド
層を堆積し、次に、ＴｉＯ2またはＧｅＯ2をドーパント
として添加したＳｉＯ2ガラスのコア層を堆積した後
に、電気炉で透明ガラス化した。次に、コア層をエッチ
ングして、所定の光導波路を形成し、最後に、ＳｉＯ2
上部クラッド層を堆積した。実際に、この方法によっ
て、比屈折率差Δ＝０.７５％，Ｗ１＝８μｍ，Ｗ２＝
６μｍ，Ｇ１＝２５０μｍ，Ｇ２＝２μｍの光方向性結
合器を作製した。
示した工程と同様の工程を経て作製される。すなわち、
Ｓｉ基板上に火炎堆積法によってＳｉＯ2下部クラッド
層を堆積し、次に、ＴｉＯ2またはＧｅＯ2をドーパント
として添加したＳｉＯ2ガラスのコア層を堆積した後
に、電気炉で透明ガラス化した。次に、コア層をエッチ
ングして、所定の光導波路を形成し、最後に、ＳｉＯ2
上部クラッド層を堆積した。実際に、この方法によっ
て、比屈折率差Δ＝０.７５％，Ｗ１＝８μｍ，Ｗ２＝
６μｍ，Ｇ１＝２５０μｍ，Ｇ２＝２μｍの光方向性結
合器を作製した。
【００３１】図２は、製作した方向性結合器のＳｉ基板
内の結合率ばらつきを示す。実線は結合部の光導波路幅
が６μｍの場合、破線は８μｍの場合の結果である。図
２により、本実施例１のばらつきは高々±４％、従来例
は±８％でばらつきは半分に低減された。
内の結合率ばらつきを示す。実線は結合部の光導波路幅
が６μｍの場合、破線は８μｍの場合の結果である。図
２により、本実施例１のばらつきは高々±４％、従来例
は±８％でばらつきは半分に低減された。
【００３２】（実施例２）図３は、本発明の実施例２の
光方向性結合器の概略構成を示す模式構成図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分
の拡大図である。
光方向性結合器の概略構成を示す模式構成図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分
の拡大図である。
【００３３】本実施例２は、結合部５と展開部４，６の
幅が異なる２種類の光導波路がテーパ部８によって接続
されている。この結果、実施例１と同じ効果、すなわ
ち、再現性が良く低損失な光方向性結合器が実現でき
た。
幅が異なる２種類の光導波路がテーパ部８によって接続
されている。この結果、実施例１と同じ効果、すなわ
ち、再現性が良く低損失な光方向性結合器が実現でき
た。
【００３４】（実施例３）図４は、本発明の実施例３の
光方向性結合器の概略構成を示す模式構成図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分
の拡大図である。
光方向性結合器の概略構成を示す模式構成図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図（ａ）の実線で囲んだ部分
の拡大図である。
【００３５】本実施例３は、結合部５と展開部４，６の
幅が異なる２種類の光導波路の間にテーパ部８を置かず
に接続した構成である。この結果、実施例１と同じ効
果、すなわち、再現性が良く低損失な光方向性結合器が
実現できた。
幅が異なる２種類の光導波路の間にテーパ部８を置かず
に接続した構成である。この結果、実施例１と同じ効
果、すなわち、再現性が良く低損失な光方向性結合器が
実現できた。
【００３６】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し
得ることはいうまでもない。
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し
得ることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、強結合状態として製作ばらつきを低減できる。ま
た、展開部の曲がりによる放射損失の増加をもたらさな
い。
ば、強結合状態として製作ばらつきを低減できる。ま
た、展開部の曲がりによる放射損失の増加をもたらさな
い。
【００３８】また、結合部を強結合したことにより３ｄ
Ｂ結合器の全長が短くなるため高集積化が可能となると
共に、石英系光導波路の場合、光の偏波依存性について
も緩和された。
Ｂ結合器の全長が短くなるため高集積化が可能となると
共に、石英系光導波路の場合、光の偏波依存性について
も緩和された。
【００３９】また、結合部の光導波路の閉じ込めが弱い
ため、熱，圧力，電界，光などの外部作用によって、展
開部の放射損失の増加をもたらさずに比較的容易に光方
向性結合器の結合率を制御することができる。
ため、熱，圧力，電界，光などの外部作用によって、展
開部の放射損失の増加をもたらさずに比較的容易に光方
向性結合器の結合率を制御することができる。
【図１】 本発明の実施例１の光方向性結合器の概略構
成を示す模式構成図、
成を示す模式構成図、
【図２】 本実施例の光方向性結合器のＳｉ基板内の結
合率ばらつきを示す図、
合率ばらつきを示す図、
【図３】 本発明の実施例２の光方向性結合器の概略構
成を示す模式構成図、
成を示す模式構成図、
【図４】 本発明の実施例３の光方向性結合器の概略構
成を示す模式構成図、
成を示す模式構成図、
【図５】 従来の光方向性結合器の概略構成を示す模式
構成図、
構成図、
【図６】 従来の光方向性結合器の光導波路間隔Ｇと完
全結合長Ｌ0の関係を示す図。
全結合長Ｌ0の関係を示す図。
１…光導波路、２…光導波路、３…入射部、４…展開
部、５…結合部、６…展開部、７…出射部、９…テーパ
部。
部、５…結合部、６…展開部、７…出射部、９…テーパ
部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−92932（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に形成された２本の光導波路を有
し、 前記各光導波路は、 光が入射する直線状の入射部と、 伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状の入射側展開
部と、 相互に平行に近接して配置され、伝搬する光を分岐し、
または、結合する直線状の結合部と、伝搬する光の方向を連続的に曲げる曲線状の出射側展開
部と 、 伝搬した光を出射する直線状の出射部とから構成される
光方向性結合器であって、 前記入射側および出射側展開部は、曲がりによる放射損
失の増加をもたらさない大きな光閉じ込め率Γを有し、 前記直線状の結合部の光導波路は、導波路幅が、前記入
射部と曲線状の入射側展開部、および前記出射部と曲線
状の出射側展開部の光導波路の導波路幅よりも細く、か
つ、規格化周波数が２．４以下である ことを特徴とする
光方向性結合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04229805A JP3104818B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 光方向性結合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04229805A JP3104818B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 光方向性結合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675133A JPH0675133A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3104818B2 true JP3104818B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=16897949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04229805A Expired - Lifetime JP3104818B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 光方向性結合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104818B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4636439B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-02-23 | 日立化成工業株式会社 | 方向性光結合器の２つの直線光導波路のコア幅及びコア間の距離の計算方法 |
| JP2013061431A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 復調用遅延回路および光受信器 |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP04229805A patent/JP3104818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0675133A (ja) | 1994-03-18 |
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