JP4777831B2 - 光伝送路及びこれを利用する光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光伝送路及びこれを利用する光伝送システムに関し、特に、単一モード光ファイバを用いた大容量光通信において、１６５ｎｍ以上の波長帯域における高速光通信を可能とする広帯域の光ファイバの伝送路及び当該伝送路を利用する高速度の光伝送システムに関する。

光通信は、近年、インターネットや広帯域データ通信サービスの普及に伴って、その容量が飛躍的に増大している。このため、単一モードの光ファイバの一芯当たりの伝送容量を拡大することを日的として、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度とする高速光通信技術や、同一の単一モードの光ファイバ中に複数の波長の光信号を同時に伝送する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）技術が広く利用されている。このような高速ＷＤＭ伝送においては、高速伝送への適用性や、光非線形性の低減等の観点から、一般に、零分散波長を１３１０ｎｍよりも長波長側に設定した分散シフトファイバが広く利用されている。

また、高速光通信において問題となる単一モードの光ファイバの伝送路中の累積分散を低減することを目的として、１５５０ｎｍ帯の波長で大きな負の波長分散特性を有する負分散ファイバも開発されており（例えば、下記特許文献１等参照）、前記分散シフトファイバと併せて、１５５０ｎｍ帯の波長を利用した高速ＷＤＭ伝送に広く利用されている。

特開２００２−２５０８３４号公報 L.Nielsen et al.,Proceeding in OFC2002,TuJ6,pp.65-66,2002

ところで、前述したような分散シフトファイバは、一般に、短波長側で単調に減少する波長分散特性を有しているため、１３１０ｎｍ帯の波長における波長分散が負の符号側に増大するようになっている。また、前述したような負分散ファイバは、例えば、前記特許文献１（特に実施例、図１６）に記載されているように、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で負の波長分散特性を有し、その材料分散特性から、１３１０ｎｍ帯の波長で正の波長分散特性を実現することが困難となっている。

このため、前記分散シフトファイバ及び前記負分散ファイバを用いた光伝送路においては、１３１０ｎｍ帯の波長における波長分散が負の符号側に累積するようになってしまうことから、高速ＷＤＭ伝送に適用する波長帯域を短波長側、特に１３１０ｎｍ帯に拡大することが困難になっている。

そこで、負分散ファイバの波長分散特性の最適化により、高速ＷＤＭ伝送における使用波長帯域を拡大する技術が提案されているが（例えば、上記非特許文献１等参照）、その波長帯域は最大でも１４６０〜１６２５ｎｍの１６５ｎｍ程度に限定されてしまっていた。

このようなことから、本発明は、１３１０ｎｍ帯の波長及び１５５０ｎｍ帯の波長を含む複数の波長帯域を用い１６５ｎｍ以上の広帯域の高速ＷＤＭ伝送を可能とする光伝送路及びこれを利用する光伝送システムを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明に係る光伝送路は、第一の送信装置から送信された１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光と第二の送信装置から送信された１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光とを合波する合波手段と、前記合波手段で合波された前記信号光を１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光と１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光とに分波して１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を第一の受信装置に受信させると共に１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を第二の受信装置に受信させる分波手段と、前記合波手段と前記分波手段との間に配設され、１３２４ｎｍよりも長い零分散波長を有すると共に、当該零分散波長よりも長波長側において正の波長分散特性を有する一方、当該零分散波長よりも短波長側において負の波長分散特性を有する分散シフトファイバと、前記合波手段と前記分波手段との間に配設され、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で正の波長分散特性を有する正分散ファイバと、前記分波手段と前記第一の受信装置との間及び前記第一の送信装置と前記合波手段との間の少なくとも一方に配設され、前記１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で負の波長分散特性を有する負分散ファイバとを備え、前記分散シフトファイバ及び前記正分散ファイバが、当該分散シフトファイバ及び当該正分散ファイバを伝搬した後の１３１０ｎｍ帯の波長における全波長分散をほぼ零とするように、その長さを調整されたものであり、前記負分散ファイバが、前記分散シフトファイバ及び前記正分散ファイバを伝搬した後における１５５０ｎｍ帯の波長での累積分散の絶対値とほぼ等しくなるように、その長さを調整されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る光伝送路は、上述した光伝送路において、前記分散シフトファイバが、１５００〜１６００ｎｍの波長領域に零分散波長を有し、前記正分散ファイバが、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性を有し、前記負分散ファイバが、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で−５０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の波長分散特性を有していることを特徴とする。

また、本発明に係る光伝送路は、上述した光伝送路において、前記正分散ファイバが、軸方向に沿って形成された空孔を複数有する単一モードの光ファイバからなることを特徴とする。

他方、前述した課題を解決するための、本発明に係る光伝送システムは、１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を送信する第一の送信装置と、１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を送信する第二の送信装置と、前記第一の送信装置及び前記第二の送信装置から送信された前記信号光を伝搬させる上述した本発明に係る光伝送路と、前記光伝送路の前記分波手段で分波された１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を受信する第一の受信装置と、前記光伝送路の前記分波手段で分波された１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を受信する第二の受信装置とを備えていることを特徴とする。

本発明に係る光伝送路及びこれを利用する光伝送システムによれば、従来の分散シフトファイバと負分散ファイバを用いた光伝送路では使用不可能であった１３１０ｎｍ帯の波長を含む、１６５ｎｍ以上の広波長帯域における高速度の光伝送を実現することができる。

本発明に係る光伝送路及びこれを利用する光伝送システムの実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、光伝送システムの概略構成図である。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る光伝送システムは、図１に示すように、１３２４ｎｍよりも長い波長に零分散波長を有すると共に、当該零分散波長よりも長波長側において正の波長分散特性を有する一方、当該零分散波長よりも短波長側において負の波長分散特性を有する分散シフトファイバ１７と、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で正の波長分散特性を有する正分散ファイバ１８と、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で負の波長分散特性を有する負分散ファイバ１９との三種類の単一モードの光ファイバを備える光伝送路と、目的とする複数の波長帯（例えば、１５５０ｎｍ帯及び１３１０ｎｍ帯）の信号光をそれぞれ送信する送信手段である第一、第二の送信装置１１，１２と、第一、第二の送信装置１１，１２から送信された信号光を合波する合波手段であるＷＤＭカプラ等の波長帯合波素子１５と、波長帯合波素子１５で合波された信号光を分波する分波手段であるＷＤＭカプラ等の波長帯分波素子１６と、波長帯分波素子１６で分波された目的とする波長帯（例えば、１５５０ｎｍ帯及び１３１０ｎｍ帯）の信号光をそれぞれ受信する受信手段である第一、第二の受信装置１３，１４とを備えている。

前記分散シフトファイバ１７及び前記正分散ファイバ１８は、当該ファイバ１７，１８を伝搬した後の１３１０ｎｍ帯の波長における全波長分散をほぼ零とするように、その長さが調整されていると好ましい。また、前記負分散ファイバ１９は、前記分散シフトファイバ１７及び前記正分散ファイバ１８を伝搬した後における１５５０ｎｍ帯の波長での累積分散の絶対値とほぼ等しくなるように、その長さが調整されていると好ましい。

特に、前記分散シフトファイバ１７が、１５００〜１６００ｎｍの波長領域に零分散波長を有し、前記正分散ファイバ１８が、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性を有し、前記負分散ファイバ１９が、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で−５０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の波長分散特性を有していると好適であり、さらに、前記正分散ファイバ１８が、軸方向に沿って形成された空孔を複数有する単一モードの光ファイバからなると好適である。

このような本実施形態に係る光伝送システムにおいて、第一、第二の送信装置１１，１２から、目的とする波長帯（例えば、１５５０ｎｍ帯及び１３１０ｎｍ帯）の信号光をそれぞれ送信すると、これらの波長帯の信号光は、波長帯合波素子１５で合波されて、分散シフトファイバ１７及び正分散ファイバ１８を伝搬し、波長帯分波素子１６で、対応する各波長帯の信号光（例えば、１５５０ｎｍ帯及び１３１０ｎｍ帯）に分波され、１３１０ｎｍ帯の波長を除いた波長帯（例えば、１５５０ｎｍ帯）の信号光が、負分散ファイバ１９を介して第一の受信装置１３で受信され、１３１０ｎｍ帯の波長帯の信号光が、第二の受信装置１４で受信される。

このため、１３１０ｎｍ帯の波長における分散シフトファイバ１７の波長分散特性が正分散補償ファイバ１８で補償されると共に、１３１０ｎｍ帯の波長を除いた波長帯（例えば、１５５０ｎｍ帯）における分散シフトファイバ１７及び正分散ファイバ１８の波長分散特性が負分散ファイバ１９で補償されるようになる。

したがって、本実施形態によれば、複数の波長帯における高速光通信を実現することができるので、１３１０ｎｍ帯の波長及び１５５０ｎｍ帯の波長を含む複数の波長帯域を用い１６５ｎｍ以上の広帯域の高速ＷＤＭ伝送を実現することができる。

また、軸方向に沿って形成された空孔を複数有する単一モードの光ファイバを前記正分散ファイバ１８に適用することにより、従来の単一モードの光ファイバでは実現不可能であった、１３１０ｎｍ帯の波長における＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性を実現することができる。

また、複数の波長帯を合分波する素子１５，１６と、対応する波長帯における送信装置１１，１２及び受信装置１３，１４とを備えているので、高速ＷＤＭ通信の適用波長領域を比較的簡易に拡大でき、複数の波長帯を用いた高速度の光伝送を実現することができる。

なお、本実施形態においては、図１に示したように、信号光の伝搬方向上流側に分散シフトファイバ１７を配設して信号光の伝搬方向下流側に正分散ファイバ１８を配設するようにしたが、他の実施形態として、信号光の伝搬方向上流側に正分散ファイバ１８を配設して信号光の伝搬方向下流側に分散シフトファイバ１７を配設することも可能である。

また、本実施形態においては、図１に示したように、単一の分散シフトファイバ１７及び正分散ファイバ１８を適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、分散シフトファイバ１７及び正分散ファイバ１８をそれぞれ分割して複数区間に設けるようにすることも可能である。

また、本実施形態においては、図１に示したように、正分散ファイバ１８を前記送信部装置１１，１２及び前記波長帯合波素子１５並びに前記受信装置１３，１４及び前記波長帯分波素子１６と別体で設けるようにしたが、他の実施形態として、波長帯合分波素子を含めた送信側又は受信側に正分散ファイバの一部又はすべてを組み込むようにすることも可能である。

また、本実施形態においては、図１に示したように、負分散ファイバ１９を受信装置１３側に配設するようにしたが、他の実施形態として、負分散ファイバ１９を送信装置側に配設することや、負分散ファイバ１９を送信装置側及び受信装置側の両方に配設することも可能である。

また、本実施形態においては、図１に示したように、負分散ファイバ１９を前記送信装置１１，１２及び前記波長帯合波素子１５並びに前記受信装置１３，１４及び前記波長帯分波素子１６と別体で設けるようにしたが、他の実施形態として、送信装置側又は受信装置側に負分散ファイバの一部又はすべてを組み込むようにすることも可能である。

また、本実施形態においては、波長帯合波素子１５及び波長帯分波素子１６にＷＤＭカプラ等の素子を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、波長帯合波素子１５及び波長帯分波素子１６に導波路型等の素子を適用することも可能である。

また、本実施形態においては、１３１０ｎｍ帯及び波長１５５０ｎｍ帯の二つの波長帯を使用する場合について説明したが、本発明は１３１０ｎｍ帯及び１５５０ｎｍ帯の二つの波長帯のみに限定されるものではない。

本発明に係る光伝送路及びこれを利用する光伝送システムの効果を確認するために前述した実施形態に基づいて行った実施例を以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例は、前述した実施形態において、１５５０ｎｍ付近の波長に零分散波長を有する分散シフトファイバ１７を適用し、軸方向に沿って形成された直径３．８μｍの空孔を当該軸方向と直交する方向で７．６μｍの均一な間隔となるように６０個設けた単一モードの正分散ファイバ１８を適用し、１５５０ｎｍの波長で約−８８０ｐｓ／ｎｍの累積分散を有する負分散ファイバ１９を適用した広帯域の光伝送路を用いた。

また、１５４４．５ｎｍ、１５４６．１ｎｍ、１５４７．７ｎｍの三つの波長を１５５０ｎｍ帯の波長の信号光として送受信する第一の送受信装置１１，１３を適用し、１３１０．３ｎｍ、１３１１．４ｎｍの二つの波長を１３１０ｎｍ帯の波長の信号光として送受信する第二の送受信装置１２，１４を適用した。

そして、波長帯合分波素子１５，１６として、１３１０ｎｍ帯の波長及び１５５０ｎｍ帯の波長用のＷＤＭカプラを適用した。

このような本実施例に係る光伝送路の波長分散特性を図２に示す。図２において、破線は分散シフトファイバの波長分散特性を示し、実線は正分散ファイバの波長分散特性を示し、一点鎖線は負分散ファイバの波長分散特性を示している。

図２からわかるように、分散シフトファイバは、１５５０ｎｍ付近に零分散波長を有すると共に、１３１０ｎｍ帯の波長において−２０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ程度の波長分散特性を有することが確認できる。また、正分散ファイバは、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域において＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性を有することが確認できる。よって、分散シフトファイバ及び正分散ファイバを組み合わせることにより、１３１０ｎｍ帯の波長における波長分散特性を制御することができるのである。

また、負分散ファイバは、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域において負の波長分散特性を有していることが確認できる。よって、負分散ファイバの波長分散特性により、１５５０ｎｍ帯の波長における分散シフトファイバ及び正分散ファイバの波長分散特性を制御することができるのである。

次に、本実施例に係る光伝送路において、１３１０ｎｍ帯の波長及び１５５０ｎｍ帯の波長の累積分散特性を図３に示す。

図３において、実線は、分散シフトファイバ及び正分散ファイバを伝搬した後の累積分散特性を示し、一点鎖線は、分散シフトファイバと正分散ファイバと負分散ファイバとを伝搬した後の累積分散特性を示し、破線は、４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度において、累積分散による符号誤り率（Bit Error Ratio：ＢＥＲ）特性におけるパワーペナルティを１ｄＢ以下とする累積分散の上限値及び下限値をそれぞれ示している。なお、信号光の変調方式は、ノン−リターン・トゥ・ゼロ（Non-Return to Zero：ＮＲＺ）とし、信号光の線幅は無視できるものと仮定した。

図３からわかるように、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍ近傍の波長の累積分散は、略零に低減されていることが確認できる。また、１２８０〜１３３０ｎｍ及び１４８０〜１６２５ｎｍ以上の波長領域においては、４０Ｇｂｉｔ／ｓの高速伝送が１ｄＢ以下のパワーペナルティとなることが確認できる。よって、本実施例によれば、１３１０ｎｍ帯及び１５５０ｎｍ帯の二つの波長帯を含む１９５ｎｍ以上の広波長帯域における高速光伝送が実現できるといえる。

次に、本実施例に係る光伝送路において、１３１０ｎｍ帯の波長で受光強度Ｐ_recに対するＢＥＲ特性を測定した結果を図４に示す。

図４において、白抜きの丸は、１３１０．３ｎｍの波長の信号光のＢＥＲ特性測定結果を示し、三角は、１３１１．４ｎｍの波長の信号光のＢＥＲ特性測定結果を示している。また、比較例として、分散シフトファイバ及び正分散ファイバを省略して、波長帯合波素子と波長帯分波素子とを短尺な光ファイバコードで接続した場合におけるＢＥＲ特性を測定した結果を黒丸で示す。なお、信号光の変調方式はＮＲＺとし、伝送速度は４０Ｇｂｉｔ／ｓとした。

図４からわかるように、比較例と比べて、各信号光は、０．１ｄＢ以下の良好なパワーペナルティで送信されていることが確認できる。

次に、本実施例に係る光伝送路において、波長１３１１．４ｎｍ、受光強度Ｐ_rec＝＋０．５ｄＢｍでアイ開口を測定した結果を図５に示す。

図５において、（ａ）は、分散シフトファイバから出力された状態の測定結果を示し、（ｂ）は、分散シフトファイバ及び正分散ファイバから出力された状態の測定結果を示す。

図５（ａ）からわかるように、分散シフトファイバを伝搬しただけでは、累積分散の影響により、アイ開口が著しく劣化している様子が確認できる。これに対し、図５（ｂ）からわかるように、分散シフトファイバ及び正分散ファイバを伝搬すると、アイ開口が良好であることが確認できる。よって、本実施例によれば、１３１０ｎｍ帯の波長において良好な高速光伝送を実現できるといえる。

次に、本実施例に係る光伝送路において、波長１５４４．５ｎｍ、受光強度Ｐ_rec＝−２ｄＢｍでアイ開口を測定した結果を図６に示す。

図６において、（ａ）は、波長帯合波素子から出力された状態、すなわち、本実施例に係る光伝送路を伝搬する前のアイ開口の測定結果を示し、（ｂ）は、分散シフトファイバ、正分散ファイバ、負分散ファイバを伝搬した状態、すなわち、本実施例に係る光伝送路を伝搬した後のアイ開口の測定結果を示す。なお、信号光の変調方式はＮＲＺとし、伝送速度は４０Ｇｂｉｔ／ｓとした。

図６からわかるように、１５５０ｎｍ帯の波長においても、本実施例に係る光伝送路の伝搬前と伝搬後とで略同一なアイ開口特性を得られることが確認できた。

したがって、本発明によれば、１３１０ｎｍ帯及び１５５０ｎｍ帯の二つ波長帯を含む広波長域における高速光通信を可能にすることが確認できた。

本発明に係る光伝送路及びこれを利用する光伝送システムは、１３１０ｎｍ帯の波長を含む、１６５ｎｍ以上の広波長帯域における高速度の光伝送を実現することができるので、光通信産業において極めて有益に利用することができる。

本発明に係る光伝送路を利用する光伝送システムの実施形態の概略構成図である。 実施例に係る光伝送路の波長分散特性を表すグラフである。 実施例に係る光伝送路の、１３１０ｎｍ帯の波長及び１５５０ｎｍ帯の波長の累積分散特性を表すグラフである。 実施例に係る光伝送路の、１３１０ｎｍ帯の波長で受光強度Ｐ_recに対するＢＥＲ特性を測定した結果を表すグラフである。 実施例に係る光伝送路の、波長１３１１．４ｎｍ、受光強度Ｐ_rec＝＋０．５ｄＢｍでアイ開口を測定した結果を表すグラフである。 実施例に係る光伝送路の、波長１５４４．５ｎｍ、受光強度Ｐ_rec＝−２ｄＢｍでアイ開口を測定した結果を表すグラフである。

符号の説明

１１ 第一の送信装置（１５５０ｎｍ帯の波長用）
１２ 第二の送信装置（１３１０ｎｍ帯の波長用）
１３ 第一の受信装置（１５５０ｎｍ帯の波長用）
１４ 第二の受信装置（１３１０ｎｍ帯の波長用）
１５ 波長帯合波素子（ＷＤＭカプラ）
１６ 波長帯分波素子（ＷＤＭカプラ）
１７ 分散シフトファイバ
１８ 正分散ファイバ
１９ 負分散ファイバ

Claims (4)

1. 第一の送信装置から送信された１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光と第二の送信装置から送信された１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光とを合波する合波手段と、
   前記合波手段で合波された前記信号光を１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光と１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光とに分波して１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を第一の受信装置に受信させると共に１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を第二の受信装置に受信させる分波手段と、
   前記合波手段と前記分波手段との間に配設され、１３２４ｎｍよりも長い零分散波長を有すると共に、当該零分散波長よりも長波長側において正の波長分散特性を有する一方、当該零分散波長よりも短波長側において負の波長分散特性を有する分散シフトファイバと、
   前記合波手段と前記分波手段との間に配設され、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で正の波長分散特性を有する正分散ファイバと、
   前記分波手段と前記第一の受信装置との間及び前記第一の送信装置と前記合波手段との間の少なくとも一方に配設され、前記１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で負の波長分散特性を有する負分散ファイバと
   を備え、
   前記分散シフトファイバ及び前記正分散ファイバが、当該分散シフトファイバ及び当該正分散ファイバを伝搬した後の１３１０ｎｍ帯の波長における全波長分散をほぼ零とするように、その長さを調整されたものであり、
   前記負分散ファイバが、前記分散シフトファイバ及び前記正分散ファイバを伝搬した後における１５５０ｎｍ帯の波長での累積分散の絶対値とほぼ等しくなるように、その長さを調整されたものである
   ことを特徴とする光伝送路。
2. 請求項１に記載の光伝送路において、
   前記分散シフトファイバが、１５００〜１６００ｎｍの波長領域に零分散波長を有し、
   前記正分散ファイバが、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で＋５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性を有し、
   前記負分散ファイバが、１２６０〜１６２５ｎｍの波長領域で−５０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の波長分散特性を有している
   ことを特徴とする光伝送路。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光伝送路において、
   前記正分散ファイバが、軸方向に沿って形成された空孔を複数有する単一モードの光ファイバからなる
   ことを特徴とする光伝送路。
4. １５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を送信する第一の送信装置と、
   １３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を送信する第二の送信装置と、
   前記第一の送信装置及び前記第二の送信装置から送信された前記信号光を伝搬させる請求項１から請求項３のいずれかの光伝送路と、
   前記光伝送路の前記分波手段で分波された１５５０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を受信する第一の受信装置と、
   前記光伝送路の前記分波手段で分波された１３１０ｎｍ帯の波長帯を少なくとも含む波長帯域の信号光を受信する第二の受信装置と
   を備えていることを特徴とする光伝送システム。

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