JPH0475036A - 光増幅装置 - Google Patents
光増幅装置Info
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- JPH0475036A JPH0475036A JP2187928A JP18792890A JPH0475036A JP H0475036 A JPH0475036 A JP H0475036A JP 2187928 A JP2187928 A JP 2187928A JP 18792890 A JP18792890 A JP 18792890A JP H0475036 A JPH0475036 A JP H0475036A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光通信の分野にて利用される、広い信号入力
範囲にわたって一定の信号利得値を有する光増幅装置に
関するものである。
範囲にわたって一定の信号利得値を有する光増幅装置に
関するものである。
(従来の技術)
光信号を直接増幅する光増幅装置としては、様々な種類
のものがあるが、中でも光ファイバを用いた光増幅装置
(以下、光ファイバ増幅器という。)は、最も単純で、
かつ光伝送システムとの整合性に優れている。
のものがあるが、中でも光ファイバを用いた光増幅装置
(以下、光ファイバ増幅器という。)は、最も単純で、
かつ光伝送システムとの整合性に優れている。
この光ファイバ増幅器は、希土類元素イオン(例えばE
rイオン)が添加された光ファイバと、励起光源と、励
起光と信号光とを前記光ファイバに入力する光学系とか
ら概略構成されている。希土類元素イオン光ファイバに
励起光が入力されると、光ファイバ内の希土類元素イオ
ンが励起され、光ファイバは増幅媒質として機能する。
rイオン)が添加された光ファイバと、励起光源と、励
起光と信号光とを前記光ファイバに入力する光学系とか
ら概略構成されている。希土類元素イオン光ファイバに
励起光が入力されると、光ファイバ内の希土類元素イオ
ンが励起され、光ファイバは増幅媒質として機能する。
この状態の希土類元素イオン添加光ファイバへ信号光が
入力されると、信号光は励起された希土類元素イオンと
の誘導放出相互作用によって増幅されて出力される。
入力されると、信号光は励起された希土類元素イオンと
の誘導放出相互作用によって増幅されて出力される。
このような光ファイバ増幅器は、増幅媒質が光ファイバ
であるため、光ファイバ伝送システムとの整合性が良い
うえに、増幅利得も20〜35 dBと高利得であるこ
とが知られており、光通信においては有用な装置である
。
であるため、光ファイバ伝送システムとの整合性が良い
うえに、増幅利得も20〜35 dBと高利得であるこ
とが知られており、光通信においては有用な装置である
。
(発明が解決しようとする課題)
光増幅器では、入力信号強度が大きいと、増幅利得が飽
和するという現象がある。すなわち入力信号光強度が小
さいときには、ある一定の利得値(未飽和利得値、また
は小信号利得値と呼ばれる。)を持つが、人力信号光強
度が大きくなるにつれて利得が次第に減少してくる。光
ファイバ伝送システムに用いることを考えると、広い入
力信号光強度にわたって一定の利得値を保つもの、すな
わち利得飽和の起こる信号入力光強度が大きいものが望
ましい。本発明は前記の事情に鑑みてなれたものであっ
て、従来の光ファイバ増幅器より広い信号入力光強度に
わたって一定の利得値を有する光増幅装置を提供するこ
とにある。
和するという現象がある。すなわち入力信号光強度が小
さいときには、ある一定の利得値(未飽和利得値、また
は小信号利得値と呼ばれる。)を持つが、人力信号光強
度が大きくなるにつれて利得が次第に減少してくる。光
ファイバ伝送システムに用いることを考えると、広い入
力信号光強度にわたって一定の利得値を保つもの、すな
わち利得飽和の起こる信号入力光強度が大きいものが望
ましい。本発明は前記の事情に鑑みてなれたものであっ
て、従来の光ファイバ増幅器より広い信号入力光強度に
わたって一定の利得値を有する光増幅装置を提供するこ
とにある。
(課題を解決するための手段)
本発明の光増幅装置は、従来の光ファイバ増幅器に加え
、希土類元素イオン添加光ファイバを透過した励起光強
度を検出する手段と、検出された透過励起光強度に応じ
て希土類元素イオン添加光ファイバへの励起光入力強度
を制御する手段とを具備することにより、従来の光ファ
イバ増幅器より広い信号入力光強度にわたって一定の利
得値を有する光増幅器を実現する。
、希土類元素イオン添加光ファイバを透過した励起光強
度を検出する手段と、検出された透過励起光強度に応じ
て希土類元素イオン添加光ファイバへの励起光入力強度
を制御する手段とを具備することにより、従来の光ファ
イバ増幅器より広い信号入力光強度にわたって一定の利
得値を有する光増幅器を実現する。
また従来の光ファイバ増幅器に加え、希土類元素イオン
添加光ファイバへの励起光の入力強度を検出する手段と
、希土類元素イオン添加光ファイバを透過した励起光強
度を検出する手段と、前記手段により検出された励起入
力光強度と透過励起光強度の比に応じて希土類元素イオ
ン添加光ファイバへの励起光入力強度を制御する手段と
を具備することにより、従来の光ファイバ増幅器より広
い信号入力光強度にわたって一定の利得値を有する光増
幅器を実現する。
添加光ファイバへの励起光の入力強度を検出する手段と
、希土類元素イオン添加光ファイバを透過した励起光強
度を検出する手段と、前記手段により検出された励起入
力光強度と透過励起光強度の比に応じて希土類元素イオ
ン添加光ファイバへの励起光入力強度を制御する手段と
を具備することにより、従来の光ファイバ増幅器より広
い信号入力光強度にわたって一定の利得値を有する光増
幅器を実現する。
(実施例)
以下、図面により本発明の詳細な説明する。
実施桝上
第1図に本発明の光増幅装置の第1の実施例の構成例を
示す。この光増幅装置は、希土類添加光ファイバ1と、
励起光源2と、励起光と信号光とを結合する光合波器3
と、励起光と信号光を分離する光分波器4と、励起光強
度を検出する光検出器5と、光検出器5からの出力信号
に応じて励起光源2の出力強度を制御する制御回路6と
からなる。図中、光経路は実線で、電気信号経路は破線
で示した。信号光は光合波器3の左端より入力され、光
分波器4の右端へ増幅されて出力される。
示す。この光増幅装置は、希土類添加光ファイバ1と、
励起光源2と、励起光と信号光とを結合する光合波器3
と、励起光と信号光を分離する光分波器4と、励起光強
度を検出する光検出器5と、光検出器5からの出力信号
に応じて励起光源2の出力強度を制御する制御回路6と
からなる。図中、光経路は実線で、電気信号経路は破線
で示した。信号光は光合波器3の左端より入力され、光
分波器4の右端へ増幅されて出力される。
第1図に示した構成は、希土類添加光ファイバ1と励起
光源2と光合波器3からなる従来の光ファイバ増幅器に
、光分波器4、光検出器5、制御回路6が付加されたも
のとなっている。
光源2と光合波器3からなる従来の光ファイバ増幅器に
、光分波器4、光検出器5、制御回路6が付加されたも
のとなっている。
この構成の特性を計算シミュレーションを用いて説明す
る。希土類添加光ファイバ内の励起光と信号光の伝搬特
性は、次式により記述される。
る。希土類添加光ファイバ内の励起光と信号光の伝搬特
性は、次式により記述される。
ここで、P、は規格化された励起光強度、Psは規格化
された信号光強度、a、は励起光に対する吸収断面積、
e2は励起光に対する蛍光断面積、a5は信号光に対す
る吸収断面積、e5は信号光に対する蛍光断面積、「は
光の閉じ込め係数、ρは希土類イオン密度、2は光の伝
搬方向である。
された信号光強度、a、は励起光に対する吸収断面積、
e2は励起光に対する蛍光断面積、a5は信号光に対す
る吸収断面積、e5は信号光に対する蛍光断面積、「は
光の閉じ込め係数、ρは希土類イオン密度、2は光の伝
搬方向である。
この式は、文献(E、Desurvire、“Anal
ysis ofErbium−Doped Fiber
A+wplifiers Pumpedin the
’Ls /z−’ IB /z Band 、TE
EE Photonics Techn。
ysis ofErbium−Doped Fiber
A+wplifiers Pumpedin the
’Ls /z−’ IB /z Band 、TE
EE Photonics Techn。
1ogy Letters、 Vol、1.Na1O,
pp、293−296. (1989))に記載の式を
整理して転記したものである。
pp、293−296. (1989))に記載の式を
整理して転記したものである。
ファイバ入力端(z=0)での励起光強度と信号光強度
が与えられれば、式(1)、 (2)を用いて、ファイ
バ出力端(z=L、ただしLはファイバ長)での励起光
強度と信号光強度が計算できる。
が与えられれば、式(1)、 (2)を用いて、ファイ
バ出力端(z=L、ただしLはファイバ長)での励起光
強度と信号光強度が計算できる。
入力励起光強度が一定の時の信号入力光強度対信号利得
および透過励起光強度の計算例を第2図に示す。信号利
得は、信号出力光強度と信号入力光強度の比をデシベル
で表わしたものである。計算に用いた数値は、ap =
2.15X10−25m” 、 e。
および透過励起光強度の計算例を第2図に示す。信号利
得は、信号出力光強度と信号入力光強度の比をデシベル
で表わしたものである。計算に用いた数値は、ap =
2.15X10−25m” 、 e。
=0.2 Xl0−”=2. as =5.75X10
−”=2. e、 =7.9 Xl0−”m2+ 0
=2.2 XIO24ions/m3. r” =(
1,8/3)”であって、前記文献に記載の値を用いた
。
−”=2. e、 =7.9 Xl0−”m2+ 0
=2.2 XIO24ions/m3. r” =(
1,8/3)”であって、前記文献に記載の値を用いた
。
また、光ファイバ長は25m、 Pp (z = O
) =3.2 X 10”i−2とした。なお光強度は
規格化された表式を用いているので、実際の光強度とは
単位が異なっている。
) =3.2 X 10”i−2とした。なお光強度は
規格化された表式を用いているので、実際の光強度とは
単位が異なっている。
第2図に示す計算例は、励起光源に対して制御のかかっ
ていない状態、すなわち従来技術の光ファイバ増幅器の
利得飽和特性を表わしている。この計算例によれば、信
号入力光強度が増加するにつれ利得が減少し始め、例え
ば信号入力光強度が2.2X10”において利得が未飽
和値より3dB低下している。また信号入力光強度の増
加により利得が飽和し始めると透過励起光強度も減少す
ることがわかる。
ていない状態、すなわち従来技術の光ファイバ増幅器の
利得飽和特性を表わしている。この計算例によれば、信
号入力光強度が増加するにつれ利得が減少し始め、例え
ば信号入力光強度が2.2X10”において利得が未飽
和値より3dB低下している。また信号入力光強度の増
加により利得が飽和し始めると透過励起光強度も減少す
ることがわかる。
第2図に示す計算例によれば、利得飽和に伴い透過励起
光強度が減少するので、透過励起光強度を検出すれば、
利得飽和の程度をモニタできることになる。本発明では
、透過励起光強度の検出により、利得飽和の程度をモニ
タし、それに応じて飽和による低下を補償するように、
励起光源にフィードバック制御を加える。具体的な制御
の手順を以下で述べる。今、ある時刻tの励起光源の出
力Pou t (t)が次式を満たすように制御するも
のとする。
光強度が減少するので、透過励起光強度を検出すれば、
利得飽和の程度をモニタできることになる。本発明では
、透過励起光強度の検出により、利得飽和の程度をモニ
タし、それに応じて飽和による低下を補償するように、
励起光源にフィードバック制御を加える。具体的な制御
の手順を以下で述べる。今、ある時刻tの励起光源の出
力Pou t (t)が次式を満たすように制御するも
のとする。
Pout(t) =Pout(t −r)+K (P
t(t −r) −PtO)ここで、ptoは未飽和
時の透過励起光強度(定数)、pt(を−τ)は時刻(
t−τ)での透過励起光強度、Kは比例定数、τはフィ
ードバック時間である。すなわち時刻tでの励起光源の
出力は、時刻(t−τ)での励起光源出力に、透過励起
光強度のある一定値からのずれに比例した値が重畳され
た値となるように制御する。定常解は、Pout(t)
=Pout(t −r ) =P、(z=0) (た
だしPp(2=0)は、式(1)、 (2)における励
起光のファイバ入力強度) 、Pt(t r ) =
Pp (z =L) (ただしP。
t(t −r) −PtO)ここで、ptoは未飽和
時の透過励起光強度(定数)、pt(を−τ)は時刻(
t−τ)での透過励起光強度、Kは比例定数、τはフィ
ードバック時間である。すなわち時刻tでの励起光源の
出力は、時刻(t−τ)での励起光源出力に、透過励起
光強度のある一定値からのずれに比例した値が重畳され
た値となるように制御する。定常解は、Pout(t)
=Pout(t −r ) =P、(z=0) (た
だしPp(2=0)は、式(1)、 (2)における励
起光のファイバ入力強度) 、Pt(t r ) =
Pp (z =L) (ただしP。
(z=L)は、式(1)、 (2)における励起光のフ
ァイバ透過強度)として、式(1)、 (2)、 (3
)が自己無撞着となるように計算を行えば得ることがで
きる。
ァイバ透過強度)として、式(1)、 (2)、 (3
)が自己無撞着となるように計算を行えば得ることがで
きる。
第3図に、上記手順により制御をかけた場合の出力入力
光強度対増幅利得の計算例を示す。計算では、比例定数
をに=−4、PLO=6.8 XIO”とし、その他の
数値は、第2図のものと同じとした。
光強度対増幅利得の計算例を示す。計算では、比例定数
をに=−4、PLO=6.8 XIO”とし、その他の
数値は、第2図のものと同じとした。
信号入力光強度の増加に伴い利得は減少しているものの
、その程度は第2図に示す計算例に比べて緩やかで、例
えば利得が未飽和値より3dB減少する信号入力光強度
は7XIO”m−”である。すなわち利得飽和を起こす
信号入力値が、従来例より高く、広い入力範囲にわたっ
て一定の信号利得値を保っている。
、その程度は第2図に示す計算例に比べて緩やかで、例
えば利得が未飽和値より3dB減少する信号入力光強度
は7XIO”m−”である。すなわち利得飽和を起こす
信号入力値が、従来例より高く、広い入力範囲にわたっ
て一定の信号利得値を保っている。
実m
第4図に本発明の第2の実施例の構成例を示す。
この実施例は、希土類添加光ファイバ1と、励起光源2
と、励起光源2の出力の一部を分岐する光分岐回路7と
、分岐された一方の励起光強度を検出する光検出器5−
1と、分岐された他方の励起光と信号光とを合波する光
合波器3と、信号光と励起光を分離する光分波器4と、
分波された励起光強度を検出する光検出器5−2と、光
検出器5−1および5−2からの信号に応じて励起光源
2の出力を制御する制御回路6とから構成されている。
と、励起光源2の出力の一部を分岐する光分岐回路7と
、分岐された一方の励起光強度を検出する光検出器5−
1と、分岐された他方の励起光と信号光とを合波する光
合波器3と、信号光と励起光を分離する光分波器4と、
分波された励起光強度を検出する光検出器5−2と、光
検出器5−1および5−2からの信号に応じて励起光源
2の出力を制御する制御回路6とから構成されている。
この実施例では、希土類添加光ファイバに対する励起光
の入力強度と透過強度の比、すなわち励起光の透過率に
基づいて制御を行う。具体的には、ある時刻もの励起光
源の出力Pou t (t)が次式を満たすように制御
する。
の入力強度と透過強度の比、すなわち励起光の透過率に
基づいて制御を行う。具体的には、ある時刻もの励起光
源の出力Pou t (t)が次式を満たすように制御
する。
ここでPout’ (を−τ)は時刻(t−で)で光検
出器5−1により検出される励起光強度、Pout’
0は未飽和状態の時に光検出器5−1により検出される
励起光強度で、その他については式(3)と同様である
。なお、Pou tとPout′ とはPout′−k
Pout (ただし、kは光分岐回路7の分岐比で決
まる定数)という関係にある。定常解は、実施例1と同
様に式(1)、 (2)、 (4)が自己無撞着となる
ように計算して得られる。
出器5−1により検出される励起光強度、Pout’
0は未飽和状態の時に光検出器5−1により検出される
励起光強度で、その他については式(3)と同様である
。なお、Pou tとPout′ とはPout′−k
Pout (ただし、kは光分岐回路7の分岐比で決
まる定数)という関係にある。定常解は、実施例1と同
様に式(1)、 (2)、 (4)が自己無撞着となる
ように計算して得られる。
第5図に計算例を示す。計算ではに/に=−1×102
6mz、未飽和時のPout =3.2 XIO25m
−2とし、その他の数値は実施例1と同じとした。この
計算例によれば、信号入力光強度が増加しても、信号利
得はほとんど変化しない。すなわち第2図に示す例に比
べて、広い入力範囲にわたって一定の信号利得を保って
いる。
6mz、未飽和時のPout =3.2 XIO25m
−2とし、その他の数値は実施例1と同じとした。この
計算例によれば、信号入力光強度が増加しても、信号利
得はほとんど変化しない。すなわち第2図に示す例に比
べて、広い入力範囲にわたって一定の信号利得を保って
いる。
なお第1および第2の実施例では、信号光と励起光が希
土類添加光ファイバ内を同一方向に伝搬する構成の光フ
ァイバ増幅器に対して制御を行う例を示したが、信号光
と励起光とが逆方向に伝搬する構成の光ファイバ増幅器
についても、同様の趣旨で制御を行うことが可能である
。また、不要な反射を防くため、必要に応して光アイソ
レータを光経路に挿入する構成も可能である。
土類添加光ファイバ内を同一方向に伝搬する構成の光フ
ァイバ増幅器に対して制御を行う例を示したが、信号光
と励起光とが逆方向に伝搬する構成の光ファイバ増幅器
についても、同様の趣旨で制御を行うことが可能である
。また、不要な反射を防くため、必要に応して光アイソ
レータを光経路に挿入する構成も可能である。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の光増幅装置は、希土類添
加光ファイバと、励起光源と、光学系とからなる光ファ
イバ増幅器に、希土類添加光ファイバを透過した励起光
強度または希土類添加光ファイバに対する励起光の透過
率に基づいて励起光源の出力を制御する手段を付加した
ものであって、これにより信号入力光強度の増加に伴う
利得飽和を補償することができる。よって、広い入力範
囲にわたって一定の信号利得値を保つ光増幅装置とする
ことができ、特に光伝送システム系において有用な光増
幅装置を提供することができる。
加光ファイバと、励起光源と、光学系とからなる光ファ
イバ増幅器に、希土類添加光ファイバを透過した励起光
強度または希土類添加光ファイバに対する励起光の透過
率に基づいて励起光源の出力を制御する手段を付加した
ものであって、これにより信号入力光強度の増加に伴う
利得飽和を補償することができる。よって、広い入力範
囲にわたって一定の信号利得値を保つ光増幅装置とする
ことができ、特に光伝送システム系において有用な光増
幅装置を提供することができる。
第1図は本発明の光増幅装置の実施例1の構成図、
第2図は本発明の実施例1において、制御をかけない場
合の光増幅装置の増幅特性を示したグラフ、 第3図は本発明の実施例Iにおいて、制御をがけた場合
の光増幅装置の増幅特性を示したグラフ、第4図は本発
明の光増幅装置の実施例2の構成図、 第5図は本発明の実施例2において、制御をかけた場合
の光増幅装置の増幅特性を示したグラフである。 1・・・希土類添加光ファイバ 2・・・励起光源 3・・・光合波器4・・・
光分波器 5.5−1.5−2・・・光検出器 6・・・制御回路 7・・・光分岐回路第1図 第2図 (大見&イヒ)イ占号°)、力5受1!、 (m−2
)第4図 s−t 、5−2−ft、λ出各 7− 光市峡回外 第3図 (414イ1l−)イ言号X715虫崖(m−り第5図
合の光増幅装置の増幅特性を示したグラフ、 第3図は本発明の実施例Iにおいて、制御をがけた場合
の光増幅装置の増幅特性を示したグラフ、第4図は本発
明の光増幅装置の実施例2の構成図、 第5図は本発明の実施例2において、制御をかけた場合
の光増幅装置の増幅特性を示したグラフである。 1・・・希土類添加光ファイバ 2・・・励起光源 3・・・光合波器4・・・
光分波器 5.5−1.5−2・・・光検出器 6・・・制御回路 7・・・光分岐回路第1図 第2図 (大見&イヒ)イ占号°)、力5受1!、 (m−2
)第4図 s−t 、5−2−ft、λ出各 7− 光市峡回外 第3図 (414イ1l−)イ言号X715虫崖(m−り第5図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、希土類元素イオンが添加された光ファイバと、前記
光ファイバに励起光を入力する励起光源と、励起光と信
号光とを結合する光学系とからなる光ファイバ増幅器で
あって、該光ファイバを透過した励起光強度を検出する
手段と、前記手段により検出された透過励起光強度に応
じて、該光ファイバへの励起入力光強度を制御する手段
とを備えたことを特徴とする光増幅装置。 2、希土類元素イオンが添加された光ファイバと、前記
光ファイバに励起光を入力する励起光源と、励起光と信
号光とを結合する光学系とからなる光ファイバ増幅器で
あって、該光ファイバへの励起入力光強度を検出する手
段と、該光ファイバを透過した励起光強度を検出する手
段と、前記手段により検出された励起入力光強度と透過
励起光強度との比に応じて該光ファイバへの励起入力光
強度を制御する手段とを備えたことを特徴とする光増幅
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2187928A JPH0475036A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 光増幅装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2187928A JPH0475036A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 光増幅装置 |
Publications (1)
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JPH0475036A true JPH0475036A (ja) | 1992-03-10 |
Family
ID=16214651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2187928A Pending JPH0475036A (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 光増幅装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0475036A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05268167A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 光中継装置 |
US5510931A (en) * | 1989-08-31 | 1996-04-23 | Fujitsu Limited | Optical amplifier and optical communication system with optical amplifier using pumping right beam |
US5940209A (en) * | 1997-03-18 | 1999-08-17 | Lucent Technologies Inc. | Interactive optical fiber amplifier, system and method |
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-
1990
- 1990-07-18 JP JP2187928A patent/JPH0475036A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7969649B2 (en) | 1996-05-02 | 2011-06-28 | Fujitsu Limited | Controller which controls a variable optical attenuator to control the power level of a wavelength-multiplexed optical signal when the number of channels are varied |
US8553319B2 (en) | 1996-05-02 | 2013-10-08 | Fujitsu Limited | Controller which controls a variable optical attenuator to control the power level of a wavelength-multiplexed optical signal when the number of channels are varied |
US9007680B2 (en) | 1996-05-02 | 2015-04-14 | Fujitsu Limited | Controller which controls a variable optical attenuator to control the power level of a wavelength-multiplexed optical signal when the number of channels are varied |
US5940209A (en) * | 1997-03-18 | 1999-08-17 | Lucent Technologies Inc. | Interactive optical fiber amplifier, system and method |
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