JPH0139232B2 - - Google Patents
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- JPH0139232B2 JPH0139232B2 JP2087482A JP2087482A JPH0139232B2 JP H0139232 B2 JPH0139232 B2 JP H0139232B2 JP 2087482 A JP2087482 A JP 2087482A JP 2087482 A JP2087482 A JP 2087482A JP H0139232 B2 JPH0139232 B2 JP H0139232B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/1061—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a variable absorption device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0601—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野:
本発明は小型であり、簡便に、時間的に短い光
のパルス列を発生するレーザダイオード光制御装
置に関するものである。
のパルス列を発生するレーザダイオード光制御装
置に関するものである。
技術の背景:
従来、短いパルス列を得るレーザダイオード光
制御装置としては、色素レーザが用いられ、第1
図に示すように構成さていた。すなわち2個の鏡
1,1′で構成した共振器内にレーザ利得媒質2
となる色素を入れて、外部から高輝度のランプや
他のレーザ光3で励起する。さらに共振器内にこ
のレーザ利得媒質2と直列に過飽和吸収媒質4と
なる過飽和吸収特性をもつ色素が挿入される。こ
のような構成にすることにより、共振器長がL1
の場合には時間間隔2L1/cの短光パルルス列が
得られる。ここでcは光速度である。この技術は
受動モード同期と呼ばれ、現在では0.1pS(10-13
秒)よりも短い光パルス列が実験的には得られる
ようになつている。
制御装置としては、色素レーザが用いられ、第1
図に示すように構成さていた。すなわち2個の鏡
1,1′で構成した共振器内にレーザ利得媒質2
となる色素を入れて、外部から高輝度のランプや
他のレーザ光3で励起する。さらに共振器内にこ
のレーザ利得媒質2と直列に過飽和吸収媒質4と
なる過飽和吸収特性をもつ色素が挿入される。こ
のような構成にすることにより、共振器長がL1
の場合には時間間隔2L1/cの短光パルルス列が
得られる。ここでcは光速度である。この技術は
受動モード同期と呼ばれ、現在では0.1pS(10-13
秒)よりも短い光パルス列が実験的には得られる
ようになつている。
従来技術と問題点:
上に述べたように従来のレーザダイオード光制
御装置は第1図に示した様な大型の装置が必要な
うえ、色素の安定性および動作寿命に実用上問題
があつた。これらの問題を解決する方法として、
半導体レーザを光源とした第2図に示す構成の共
振器の研究が近年開始されている。半導体レーザ
5の片側共振器面A1と球面鏡6で光共振器が形
成されるように配置する。半導体レーザ5への注
入電流7を共振器長がL2のとき周波数f2L2/
cで変調すると、この周波数に一致した周波数の
短光パルスが発生することが期待される。しか
し、実際には半導体レーザ材料である半導体と空
気との屈折率差が非常に大きいことから、共振器
として使わない半導体レーザのB11側の端面でも
反射が生じ、共振器長l2のモードも存在すること
になり、十分整つた形の光パルス列は得られてい
なかつた。又、色素レーザに比べ電流により直接
励起ができる利点はあるものの、半導体レーザ5
と球面鏡6の配置を十分安定するために大型化は
避けられなかつた。
御装置は第1図に示した様な大型の装置が必要な
うえ、色素の安定性および動作寿命に実用上問題
があつた。これらの問題を解決する方法として、
半導体レーザを光源とした第2図に示す構成の共
振器の研究が近年開始されている。半導体レーザ
5の片側共振器面A1と球面鏡6で光共振器が形
成されるように配置する。半導体レーザ5への注
入電流7を共振器長がL2のとき周波数f2L2/
cで変調すると、この周波数に一致した周波数の
短光パルスが発生することが期待される。しか
し、実際には半導体レーザ材料である半導体と空
気との屈折率差が非常に大きいことから、共振器
として使わない半導体レーザのB11側の端面でも
反射が生じ、共振器長l2のモードも存在すること
になり、十分整つた形の光パルス列は得られてい
なかつた。又、色素レーザに比べ電流により直接
励起ができる利点はあるものの、半導体レーザ5
と球面鏡6の配置を十分安定するために大型化は
避けられなかつた。
発明の目的:
本発明は、これらの欠点を除去するため、光増
幅媒質、可飽和吸収媒質、光共振器を半導体で全
固体化して一体化し、小型で容易に広い範囲の波
長で広い範囲のくり返しをもつ短パルス列を発生
するレーザダイオード光制御装置を提供するもの
である。以下図面について詳細に説明する。
幅媒質、可飽和吸収媒質、光共振器を半導体で全
固体化して一体化し、小型で容易に広い範囲の波
長で広い範囲のくり返しをもつ短パルス列を発生
するレーザダイオード光制御装置を提供するもの
である。以下図面について詳細に説明する。
発明の実施例:
第3図は本発明の原理図であつて、半導体レー
ザ部分10、半導体過飽和吸収部分11、光導波
路12および光共振器13,14が一体化されて
いる。半導体レーザ部分10は順方向に電流を注
入する。過飽和吸収部分11は、必要に応じて順
方向に電流を流すか、又は逆方向に電圧を印加
し、過飽和吸収の大きさを変えることができる。
全共振器長がL3のとき、過飽和吸収部分11の
少数キヤリヤ寿命時間がτがτ2nL3/cであれ ば、前述の色素レーザの受動モード同期と同様
に、半導体レーザの受動モード同期が実現され、
τのくり返しの短光パルス列が得られる。ここで
nは半導体の屈折率である。一例として、GaAs
のキヤリヤ寿命時間τは発光キヤリヤ寿命時間
τr、非発光キヤリヤ寿命時間τorによつて、1/τ= 1/τ〓+1/τorと表わされることが知られている。
ま たτr1/Br(△N+P0)と表わされる。ここで
Brは再結合係数(1.25×10-10cm3/S)、△Nは
注入キヤリヤ密度、P0は非注入時のキヤリヤ密
度である。したがつてP0=2×1018cm-3の半導体
に△N=2×1018cm-3を注入したときには、τrは
2nSであり、500MHzのくり返しまで応答する。
また、過飽和吸収部分11に注入するキヤリヤ密
度△Nを変化することによつて、τrを変化するこ
とができ、共振器長L3と前述の関係になるよう
に設定することができる。
ザ部分10、半導体過飽和吸収部分11、光導波
路12および光共振器13,14が一体化されて
いる。半導体レーザ部分10は順方向に電流を注
入する。過飽和吸収部分11は、必要に応じて順
方向に電流を流すか、又は逆方向に電圧を印加
し、過飽和吸収の大きさを変えることができる。
全共振器長がL3のとき、過飽和吸収部分11の
少数キヤリヤ寿命時間がτがτ2nL3/cであれ ば、前述の色素レーザの受動モード同期と同様
に、半導体レーザの受動モード同期が実現され、
τのくり返しの短光パルス列が得られる。ここで
nは半導体の屈折率である。一例として、GaAs
のキヤリヤ寿命時間τは発光キヤリヤ寿命時間
τr、非発光キヤリヤ寿命時間τorによつて、1/τ= 1/τ〓+1/τorと表わされることが知られている。
ま たτr1/Br(△N+P0)と表わされる。ここで
Brは再結合係数(1.25×10-10cm3/S)、△Nは
注入キヤリヤ密度、P0は非注入時のキヤリヤ密
度である。したがつてP0=2×1018cm-3の半導体
に△N=2×1018cm-3を注入したときには、τrは
2nSであり、500MHzのくり返しまで応答する。
また、過飽和吸収部分11に注入するキヤリヤ密
度△Nを変化することによつて、τrを変化するこ
とができ、共振器長L3と前述の関係になるよう
に設定することができる。
一方、共振器長L3を短くし、パルス間隔を短
くするためには、さらに過飽和吸収部分11の少
数キヤリヤ寿命時間τを短くする必要がある。こ
の条件は、過飽和吸収部分11を構成する半導体
材料に高濃度の不純物を拡散するか、イオン注入
するか、あるいはアモルフアス半導体材料を用い
てτorを小さくすることにより得られる。
くするためには、さらに過飽和吸収部分11の少
数キヤリヤ寿命時間τを短くする必要がある。こ
の条件は、過飽和吸収部分11を構成する半導体
材料に高濃度の不純物を拡散するか、イオン注入
するか、あるいはアモルフアス半導体材料を用い
てτorを小さくすることにより得られる。
以下、本発明による具体的なレーザダイオード
光制御装置の構成例について説明する。第4図
に、第1の実施例を示す。Aは増幅領域となるレ
ーザ利得領域、Bは吸収領域、Cは光導波路領域
である。n型InP基板20上に順次n型InP21、
InGaAsP活性層22、p型InP23およびp+型
InGaAsP24が順次成長された4層ダブルヘテ
ロ構造ウエハにオーム性接触電極25,26を付
けてレーザを構成する。p型側電極は2つの部
分、すなわち該A、Bのそれれぞれの領域に電気
的に分離する。Bの吸収領域の他方の側には、レ
ーザ光に対し吸収の小さいInGaAsP光導波路2
7を付ける。図に示した様にAレーザ利得領域の
一方と、Cの光導波路領域の一方で光共振器28
を形成し、第4図に示したごとく一体の素子とす
る。Aのレーザ利得領域への注入電流は該一体の
素子でレーザ発振が得られるまで順方向直流電流
を注入する。Bの吸収領域には必要に応じて、A
のレーザ利得領域よりも密度の低い順方向の電流
を注入するか、あるいは逆方向に電圧を印加す
る。このような構成にすることにより、くり返し
2nL4/cのレーザ発振光の短パルス列が得られ
る。L4は共振器長である。増幅機能のレーザ利
得領域A、吸収領域B、光導波路領域Cはほぼ同
じ屈折率をもつので不要な反射は生じない。増幅
機能のレーザ利得領域Aおよび吸収領域Bの少な
くともいずれかをf=2nL4/cの周波数で変調
し、さらに個々の光パルス幅を短くすることもで
きる。
光制御装置の構成例について説明する。第4図
に、第1の実施例を示す。Aは増幅領域となるレ
ーザ利得領域、Bは吸収領域、Cは光導波路領域
である。n型InP基板20上に順次n型InP21、
InGaAsP活性層22、p型InP23およびp+型
InGaAsP24が順次成長された4層ダブルヘテ
ロ構造ウエハにオーム性接触電極25,26を付
けてレーザを構成する。p型側電極は2つの部
分、すなわち該A、Bのそれれぞれの領域に電気
的に分離する。Bの吸収領域の他方の側には、レ
ーザ光に対し吸収の小さいInGaAsP光導波路2
7を付ける。図に示した様にAレーザ利得領域の
一方と、Cの光導波路領域の一方で光共振器28
を形成し、第4図に示したごとく一体の素子とす
る。Aのレーザ利得領域への注入電流は該一体の
素子でレーザ発振が得られるまで順方向直流電流
を注入する。Bの吸収領域には必要に応じて、A
のレーザ利得領域よりも密度の低い順方向の電流
を注入するか、あるいは逆方向に電圧を印加す
る。このような構成にすることにより、くり返し
2nL4/cのレーザ発振光の短パルス列が得られ
る。L4は共振器長である。増幅機能のレーザ利
得領域A、吸収領域B、光導波路領域Cはほぼ同
じ屈折率をもつので不要な反射は生じない。増幅
機能のレーザ利得領域Aおよび吸収領域Bの少な
くともいずれかをf=2nL4/cの周波数で変調
し、さらに個々の光パルス幅を短くすることもで
きる。
第5図及び第6図に第2の実施例を示す。第1
の実施例と異なる点は、増幅機能のレーザ利得領
域Aと吸収領域Bが交交互に形成され、単一の電
極によつて電流が注入されることにる。第5図の
ストライプ領域の中央Dで切断した図を6図に示
す。n型InP基板20、n型InP層21、
InGaAsP活性層22、n型InP層23およびn型
InGaAsP層29からなる4層ダブルヘテロ構造
ウエハを用いる。表面から亜鉛等p型の不純物を
図に示すようにp型InP層23まで島状に拡散
し、p型拡散領域30はp+型に反転し電流注入
領域を形成する。全面に電極26および25を形
成して順方向に電流を注入すると、p型拡散領域
30の下の活性層のみが選択的に励起され、この
部分が増幅機能のレーザ利得領域Aとなる。一
方、電流が注入されない領域は吸収領域Bとな
る。第2の実施例は作製が容易であり、第1の実
施例と同じ効果が得られる。
の実施例と異なる点は、増幅機能のレーザ利得領
域Aと吸収領域Bが交交互に形成され、単一の電
極によつて電流が注入されることにる。第5図の
ストライプ領域の中央Dで切断した図を6図に示
す。n型InP基板20、n型InP層21、
InGaAsP活性層22、n型InP層23およびn型
InGaAsP層29からなる4層ダブルヘテロ構造
ウエハを用いる。表面から亜鉛等p型の不純物を
図に示すようにp型InP層23まで島状に拡散
し、p型拡散領域30はp+型に反転し電流注入
領域を形成する。全面に電極26および25を形
成して順方向に電流を注入すると、p型拡散領域
30の下の活性層のみが選択的に励起され、この
部分が増幅機能のレーザ利得領域Aとなる。一
方、電流が注入されない領域は吸収領域Bとな
る。第2の実施例は作製が容易であり、第1の実
施例と同じ効果が得られる。
以上の実施例では、前述のように吸収領域の少
数キヤリヤ寿命時間τ10-9秒程度であるので、
11GHz程度が光パルス列の周波数の限度である。
さらに高速のくり返しを得るための第3の実施例
を7図に示す。この実施例の特徴は吸収領域Bに
レーザ発振波長で吸収をもつアモルフアス半導体
例えばアモルフアスシリコン等を用いることであ
る。
数キヤリヤ寿命時間τ10-9秒程度であるので、
11GHz程度が光パルス列の周波数の限度である。
さらに高速のくり返しを得るための第3の実施例
を7図に示す。この実施例の特徴は吸収領域Bに
レーザ発振波長で吸収をもつアモルフアス半導体
例えばアモルフアスシリコン等を用いることであ
る。
アモルフアス半導体では少数キヤリヤの寿命時
間τが数10pS〜100pS程度と非常に短いため、10
〜数10GHzのくり返し短光パルス列を得ることが
できる。また吸収体としてアモルフアス半導体の
代りに、レーザ利得領域となる増幅部分と同じ半
導体材料を用い、そこへ高濃度に不純物を拡散す
るか又はイオン注入しても良い。
間τが数10pS〜100pS程度と非常に短いため、10
〜数10GHzのくり返し短光パルス列を得ることが
できる。また吸収体としてアモルフアス半導体の
代りに、レーザ利得領域となる増幅部分と同じ半
導体材料を用い、そこへ高濃度に不純物を拡散す
るか又はイオン注入しても良い。
本発明の実施例では増幅部分のレーザ利得領域
Aと光吸収部分の吸収領域Bおよび光導波路領域
Cとの間の光結合は光導波路間の直接結合を用い
た。しかし、他の光結合式、たとえばテーパ結合
(たとえば野田著「光フアイバ伝送」電子通信学
会発行268頁昭和53年)を用いても全く同様の効
果が得られる。又、光共振器としてはフアブリ・
ペロー型共振器を用いた場合を示したが、光導波
路上の結晶の層厚に凹凸を形成してつくられた、
回折格子のブラツク反射を利用した光共振器(前
記文献188頁)を用いることもできる。
Aと光吸収部分の吸収領域Bおよび光導波路領域
Cとの間の光結合は光導波路間の直接結合を用い
た。しかし、他の光結合式、たとえばテーパ結合
(たとえば野田著「光フアイバ伝送」電子通信学
会発行268頁昭和53年)を用いても全く同様の効
果が得られる。又、光共振器としてはフアブリ・
ペロー型共振器を用いた場合を示したが、光導波
路上の結晶の層厚に凹凸を形成してつくられた、
回折格子のブラツク反射を利用した光共振器(前
記文献188頁)を用いることもできる。
本発明では半導体結晶としてInP/InGaAsPで
実施例を示した。しかし、第8図に示したような
各種の材料でも本発明にしたがつて構成でき、そ
の使用波長により任意の材料を選ぶことができ
る。
実施例を示した。しかし、第8図に示したような
各種の材料でも本発明にしたがつて構成でき、そ
の使用波長により任意の材料を選ぶことができ
る。
発明の効果:
以上説明したように、本発明のレーザダイオー
ド光制御装置は広い範囲の波長で広い範囲のくり
返しをもつ短パルス列を小型の装置で容易に発生
することができるので、光フアイバなど光素子の
分散特性あるいは分光学一般の測定用光源として
広く応用できる効果大である。
ド光制御装置は広い範囲の波長で広い範囲のくり
返しをもつ短パルス列を小型の装置で容易に発生
することができるので、光フアイバなど光素子の
分散特性あるいは分光学一般の測定用光源として
広く応用できる効果大である。
第1図および第2図は従来の光制御装置の概念
図、第3図は本発明の光制御装置の原理図、第4
図は本発明の光制御装置の第1の実施例の斜視
図、第5図は本発明の光制御装置の第2の実施例
の斜視図、第6図は第2の実施例の断面図、第7
図は本発明の光制御装置の第3の実施例の斜視
図、第8図は本発明の光制御装置に適用される半
導体材料の波長特性を示す図である。 1,1′……共振器用鏡、2……レーザ利得媒
質、3……励起光、4……過飽和吸収媒質、5…
…半導体レーザ、6……球面鏡、7……変調用電
源、10……半導体レーザ部分、11……半導体
過飽和吸収部分、12……光導波路、13,14
……光共振器、20……n型InP基板、21……
n型InP、22……InGaAsP活性層、23……p
型InP、24……p+型InGaAsP、25,26……
オーム性電極、27……InGaAsP光導波路、2
8……光共振器、29……n型InGaAsP、30
……p型拡散領域、31……アモルフアス半導
体。
図、第3図は本発明の光制御装置の原理図、第4
図は本発明の光制御装置の第1の実施例の斜視
図、第5図は本発明の光制御装置の第2の実施例
の斜視図、第6図は第2の実施例の断面図、第7
図は本発明の光制御装置の第3の実施例の斜視
図、第8図は本発明の光制御装置に適用される半
導体材料の波長特性を示す図である。 1,1′……共振器用鏡、2……レーザ利得媒
質、3……励起光、4……過飽和吸収媒質、5…
…半導体レーザ、6……球面鏡、7……変調用電
源、10……半導体レーザ部分、11……半導体
過飽和吸収部分、12……光導波路、13,14
……光共振器、20……n型InP基板、21……
n型InP、22……InGaAsP活性層、23……p
型InP、24……p+型InGaAsP、25,26……
オーム性電極、27……InGaAsP光導波路、2
8……光共振器、29……n型InGaAsP、30
……p型拡散領域、31……アモルフアス半導
体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 注入型半導体レーザにおいて、共振器内に、
電流を注入して形成される増幅領域と、該増幅領
域よりも注入電流の小さいまたは全く励起しな
い、あるいは逆方向にバイアス電圧を加えた光吸
収領域と、レーザ発振光に対して光損失の小さい
光導波路とを該共振器方向に直列に光学的に接続
してなり、該光吸収領域の少数キヤリヤの寿命時
間が、光が該共振器を一往復するのに必要な時間
と同程度かまたは短いことを特徴とするレーザダ
イオード光制御装置。 2 前記光吸収領域は、レーザ発振波長をエネル
ギに換算した値Eλよりも吸収端のエネルギ間隔
Egの狭いアモルフアス半導体材料からなること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ
ダイオード光制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2087482A JPS58202581A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | レ−ザダイオ−ド光制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2087482A JPS58202581A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | レ−ザダイオ−ド光制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58202581A JPS58202581A (ja) | 1983-11-25 |
JPH0139232B2 true JPH0139232B2 (ja) | 1989-08-18 |
Family
ID=12039317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2087482A Granted JPS58202581A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | レ−ザダイオ−ド光制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58202581A (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2681274B2 (ja) * | 1987-12-24 | 1997-11-26 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置及びその動作方法 |
US4993035A (en) * | 1989-04-03 | 1991-02-12 | Boris Laikhtman | High power semiconductor laser using optical integrated circuit |
JP2808562B2 (ja) * | 1990-02-27 | 1998-10-08 | キヤノン株式会社 | 半導体光増幅素子 |
FR2673333A1 (fr) * | 1991-02-27 | 1992-08-28 | Alsthom Cge Alcatel | Laser semiconducteur a absorbeur saturable. |
ES2084358T3 (es) * | 1991-05-07 | 1996-05-01 | British Telecomm | Extraccion optica del reloj. |
DE4117866A1 (de) * | 1991-05-31 | 1992-12-03 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verfahren zum betreiben eines halbleiterlasers als modensynchronisierten halbleiterlaser und einrichtungen zur durchfuehrung des verfahrens |
JP2827930B2 (ja) * | 1993-11-12 | 1998-11-25 | 日本電気株式会社 | 集積レーザ素子および光ビーム走査装置 |
-
1982
- 1982-02-12 JP JP2087482A patent/JPS58202581A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58202581A (ja) | 1983-11-25 |
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