KR20040099656A - 양방향 광송수신기 모듈 - Google Patents

양방향 광송수신기 모듈 Download PDF

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KR20040099656A
KR20040099656A KR1020030031703A KR20030031703A KR20040099656A KR 20040099656 A KR20040099656 A KR 20040099656A KR 1020030031703 A KR1020030031703 A KR 1020030031703A KR 20030031703 A KR20030031703 A KR 20030031703A KR 20040099656 A KR20040099656 A KR 20040099656A
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곽규섭
안준현
이영민
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 양방향 광송수신기 모듈에 있어서, 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유와, 상기 송신 광신호를 출력하는 반도체 레이저와, 상기 수신 광신호를 모니터링하는 포토 다이오드가 집적된 반도체 기판과, 상기 반도체 레이저에서 출력된 상기 송신 광신호를 상기 광섬유의 일단측으로 반사시키고, 상기 광섬유에서 출력된 상기 수신 광신호를 투과시키는 밴드 패스 필터와, 상기 밴드 패스 필터를 투과한 상기 수신 광신호를 상기 포토 다이오드측으로 반사시키는 반사경을 포함한다.

Description

양방향 광송수신기 모듈{BIDIRECTIONAL OPTICAL TRANSCEIVER MODULE}
본 발명은 광 전송 매체를 통해 광통신을 실행하는 광송수신기 모듈에 관한것으로서, 특히, 광송신기 및 광수신기를 포함하는 양방향 통신이 가능한 양방향 광송수신기 모듈에 관한 것이다.
일반적인 양방향 광송수신기 모듈은 광송신기와 광수신기 및 상기 광송신기 및 광수신기로 입출력되는 광신호를 송수신하기 위한 매체인 각각의 광섬유를 별도로 구비하고 있다. 즉, 양방향 광송수신기는 각 광송신기 또는 광수신는 서로 다른 파장의 광신호를 사용하며, 상기 광송신기 및 광수신기에 입출력되는 광신호의 경로를 별도로 포함하는 구조이다.
상술한 구조의 양방향 광송수신기 모듈로는 병렬 데이타 전송(Parallel Data Transmission)을 위한 어레이 모듈(Array Module)과, 파장 분할 다중화 필터(Wavelength Division Multiplexing Filter)를 사용한 파장 분할 다중화 송수신기 모듈과, 폴리머(Polymer) 재질의 PLC를 이용한 양방향 광송수신기 모듈과, 단면 발산 레이저를 사용한 티오 캔(To can) 구조의 광수신기 및 티오 캔 구조의 광송신기를 포함하는 구조의 양방향 광송수신기 모듈 등이 있다.
그러나, 종래의 양방향 광송수신기 모듈은 사용이 용이한 반면에, 입출력 파장에 따른 광경로 제어 수단 및 각각의 광수신기와 광송신기를 구비하고, 이의 광축 정렬에 많은 시간이 소요되는 등의 문제가 있었다. 따라서, 종래의 양방향 광송수신기는 생산가가 높은 문제점이 있다.
상술한 양방향 광송수신기 모듈의 문제점을 해결하기 위해 근래에 제한된 수단으로는 하나의 광섬유를 광 송신 및 수신 매체로 사용할 수 있는 양방향 광송수신기 모듈에 제안되고 있다. 일반적으로 사용되는 양방향 광송수신기 구조로는 입출력되는 광신호를 빔분할기(Beam-Splitter) 등을 분할시키는 구조 또는 이분기 도파로를 포함하는 구조의 양방향 광송수신기 모듈 등이 있다.
그러나, 빔분할기를 포함하는 양방향 광송수신기는 각각의 광송신기 및 광수신기를 별도로 제작해야 하며, 부피가 크다는 등의 문제가 있다.
또 다른 단 하나의 광섬유를 광신호 송신 및 수신의 매체로 사용할 수 있는 양방향 광송수신기 모듈로는 하나의 광신호를 두 개로 분할하는 와이(Y)자 형태의 이분기 도파로와, 반도체 레이저와, 포토 다이오드 등의 수광 소자를 포함한다. 상기 이분기 도파로의 일단은 광섬유에 연결되며, 분기된 도파로들은 각각 상기 반도체 레이저와 상기 수광 소자와 연결되어진다. 즉, 상기 광섬유로부터 상기 이분기 도파로에 입력된 수신 광은 상기 이분기 도파로의 분기부에서 분할된 후 각각 상기 반도체 레이저와 상기 수광 소자로 입력된다.
그러나, 상술한 단일 광섬유를 이용한 양방향 광송수신 모듈은 수광 소자에 입력되어야할 광신호의 세기가 이분기 도파로에서 분할함으로써, 수광 소자가 수신하는 광신호의 세기는 크게 감소되고, 또한 광신호의 삽입 손실이 크게 발생하는 등의 문제가 있다. 더욱이 종래의 양방향 광송수신 모듈은 각각의 광수신기 및 광송신기 등의 소자를 별도로 제작해야 하고, 각각 정밀한 광축 정렬 공정을 필요로 함으로써 공정 지연 시간이 늘어나고, 가격 경쟁력을 상실하는 등의 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작 공정이 단순하고, 광송신 및 광수신 소자의 집적이 보다 용이하고, 양방향 광송수신기 모듈을 구성하는 부품수의 절감이 가능한 양방향 광송수신기 모듈을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 양방향 광송수신기 모듈은,
송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유와;
상기 송신 광신호를 출력하는 반도체 레이저와, 상기 수신 광신호를 모니터링하는 포토 다이오드가 집적된 반도체 기판과;
상기 반도체 레이저에서 출력된 상기 송신 광신호를 상기 광섬유의 일단측으로 반사시키고, 상기 광섬유에서 출력된 상기 수신 광신호를 투과시키는 밴드 패스 필터와;
상기 밴드 패스 필터를 투과한 상기 수신 광신호를 상기 포토 다이오드측으로 반사시키는 반사경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 각각 하나의 밴드 패스 필터와, 반사경을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 밴드 패스 필터와, 반사경을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 일면은 오목하고, 그 타면은 볼록한 형태의 구면을 갖는 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광섬유 블록과 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타내는 도면.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밴드 패스 필터와, 반사경을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 양방향 광송수신기 모듈은 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유(140)와, 반도체 레이저(131)와 포토 다이오드(132)가 집적된 반도체 기판(130)과, 상기 반도체 레이저(131)에서 출력된 송신 광신호(160)가 상기 광섬유(140)의 일단으로 수렴될 수 있도록 반사시키는 밴드 패스 필터(110)와, 수신 광신호(150)를 상기 포토 다이오드(132)에 수렴될 수 있도록 반사시키는 반사경(120)을 포함한다.
상기 광섬유(140)는 외부로부터 입력된 수신 광신호(150)를 상기 양방향 광송수신기 모듈의 내부로 입력시키고, 상기 양방향 광송수신기 모듈에서 출력된 송신 광신호(160)를 외부로 출력하는 송신 광신호(160)와 수신 광신호(150)의 입력 및 출력 매체이다.
상기 밴드 패스 필터(110)는 상기 광섬유(140)의 일단에서 출력된 기결정된 파장을 갖는 수신 광신호(150)를 투과시키고, 상기 반도체 레이저(131)에서 출력된 송신 광신호(160)를 상기 광섬유(140)의 일단에 수렴시키기 위해서 상기 밴드 패스 필터(110)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사시킨다.
상기 반사경(120)은 상기 밴드 패스 필터(110)를 통과한 상기 수신 광신호(150)가 상기 포토 다이오드(132)에 수렴될 수 있도록, 상기 반사경(120)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 상기 수신 광신호(150)를 반사시킨다.
상기 반도체 기판(130)은 상기 반도체 레이저(131)가 상기 밴드 패스 필터(110)에 대향되도록, 상기 포토 다이오드(132)가 상기 반사경(120)에 대향되도록 집적되어져 있다. 즉, 상기 반도체 레이저(131)에서 출력된 상기 송신 광신호(160)는 상기 밴드 패스 필터(110)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사됨으로써, 상기 광섬유(140)의 일단에 입력된다. 또한, 상기 송신 광신호(150)는 상기 밴드 패스 필터(110)를 투과한 후 상기 반사경(120)에 입력되며, 상기 반사경(120)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사됨으로써 상기 포토 다이오드(120)에 입력된다. 상기 반도체 레이저(131)로는 표면 발광 레이저(VCSEL)를 사용한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다수의 밴드 패스 필터와, 반사경을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 상기 양방향 광송수신기 모듈은 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유(250)와, 제1 및 제2 반도체 레이저(241, 242)와 포토 다이오드(243)가 집적된 반도체 기판(240)과, 제1 및 제2 밴드 패스 필터(210, 220)와, 상기 각 밴드 패스 필터들(210, 220)을 투과한 수신 광신호(280)를 상기 포토 다이오드(243)로 반사시키는 반사경(230)을 포함한다. 상기 양방향 광송수신기 모듈은 다수개의 반도체 레이저들(241, 242)과, 상기 각 반도체 레이저에 대응되는 다수의 밴드 패스 필터들(210, 220)을 사용함으로써 서로 다른 파장을 갖는 다수의 송신 광신호들을 다중화하여 출력하는 파장 분할 다중화기의 역할도 수행할 수 있다.
상기 광섬유(250)는 외부로부터 입력된 수신 광신호(280)를 상기 양방향 광송수신기 모듈의 내부로 입력시키고, 상기 양방향 광송수신기 모듈에서 출력된 제1 및 제2 송신 광신호(260, 270)를 외부로 출력시키는 광신호들의 입출력 매체이다.
상기 제1 밴드 패스 필터(210)는 상기 광섬유(250)의 일단에서 출력된 기결정된 파장을 갖는 수신 광신호(150)를 상기 제2 밴드 패스 필터(220)로 투과시키고, 상기 제2 밴드 패스 필터(220)에서 반사된 상기 제2 송신 광신호(270)를 상기광섬유(250)의 일단으로 투과시킨다. 더욱이, 상기 제1 밴드 패스 필터(210)는 상기 제1 반도체 레이저(241)에서 출력된 제1 송신 광신호(160)를 그 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사시킴으로써 상기 제1 송신 광신호(160)가 상기 광섬유(250)의 일단으로 수렴되도록 한다.
상기 제2 밴드 패스 필터(220)는 상기 제1 밴드 패스 필터(220)를 투과한 상기 수신 광신호(280)를 상기 반사경으로 투과시키며, 상기 제2 반도체 레이저(242)에서 출력된 제2 송신 광신호를 상기 제1 밴드 패스 필터(210)로 반사시킨다.
상기 반사경(230)은 상기 제2 밴드 패스 필터(220)를 투과한 상기 수신 광신호(280)가 상기 포토 다이오드(243)에 수렴될 수 있도록, 상기 수신 광신호(280)가 상기 반사경(230)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 상기 수신 광신호(150)를 반사시킨다.
상기 반도체 기판(240)은 그 상면에 상기 제1 반도체 레이저(241)가 상기 제1 밴드 패스 필터(210)에 대향되도록, 상기 제2 반도체 레이저(242)가 상기 제2 밴드 패스 필터(220)에 대향되도록, 상기 포토 다이오드(243)가 상기 반사경(230)에 대향되도록 집적되어져 있다. 즉, 상기 제1 송신 광신호(260)는 상기 제1 밴드 패스 필터(210)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사됨으로써, 상기 광섬유(250)의 일단에 입력된다. 또한, 상기 제2 송신 광신호(270)는 상기 제2 밴드 패스 필터(220)에서 반사된 후 상기 제1 밴드 패스 필터(210)에 입력되며, 상기 제2 밴드 패스 필터(210)를 투과한 후 상기 광섬유(250)의 일단으로 수렴된다. 상기 수신 광신호(280)는 상기 광섬유(250)의 일단에서 출력된 후, 상기 제1 및 제2 밴드패스(210, 220)를 통과하게 된다. 상기 제1 및 제2 밴드 패스 필터(210, 220)를 통과한 상기 수광 광신호(280)는 상기 반사경(230)에 입력되며, 상기 반사경(230)에 입력된 경로에 대하여 수직한 방향으로 반사됨으로써 상기 포토 다이오드(243)로 수렴된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 일면은 밴드 패스 필터가, 또 다른 일면에는 반사경이 코팅된 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈의 구성을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 양방향 광송수신기 모듈은 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유와, 반도체 레이저와, 포토 다이오드가 집적된 반도체 기판과, 그 일면에 밴드 패스 필터층이, 그 타면에 반사층이 코팅된 필터 모듈을 포함한다.
상기 광섬유(330)는 외부로부터 입력된 수신 광신호(340)를 상기 양방향 광송수신기 모듈의 내부로 입력시키고, 상기 양방향 광송수신기 모듈에서 출력된 송신 광신호(350)를 외부로 출력시키는 광신호들의 입출력 매체이다.
상기 필터 모듈은 그 일면에 상기 송신 광신호를 상기 광섬유로 반사시키고, 상기 수신 광신호를 투과시키는 밴드 패스 필터층이, 그 타면에 밴드 패스 필터층에서 투과된 상기 수신 광신호를 상기 포토 다이오드가 수신할 수 있도록 수직 방향으로 반사시키는 반사층이 코팅되어져 있으며, 을 사용한다.
상기 필터 모듈(Filter module, 310)은 기결정된 두께를 갖는 실리카 재질의 기판 또는 글라스(Glass) 재질의 기판을 사용하며, 상기 광섬유(330)에 대향된 일단에 밴드 패스 필터층(311)을, 그 타단에는 반사층(312)이 코팅되어져 있다.
상기 밴드 패스 필터층(311)은 입력된 상기 수신 광신호(340)를 상기 반사층(312)으로 투과시키며, 상기 반도체 기판(320)에 집적된 반도체 레이저(321)에서 출력된 상기 송신 광신호(350)의 경로를 수직한 방향으로 반사시킴으로써 상기 광섬유(330)의 일단으로 수렴시킨다.
상기 반사층(312)은 상기 수신 광신호(340)가 상기 반도체 기판(320)에 집적된 포토 다이오드(322)에 입력될 수 있도록 그 경로를 수직한 방향으로 반사시킨다.
상기 반도체 기판(320)은 상기 반도체 레이저(321)가 상기 밴드 패스 필터층(311)에 대향되도록, 상기 포토 다이오드(322)가 상기 반사층(312)에 대향되도록 집적되어져 있다. 즉, 상기 반도체 레이저(321)는 상기 송신 광신호(350)를 상기 밴드 패스 필터층(311)으로 출력하며, 상기 반도체 레이저(321)로는 표면 발광 레이저(VCSEL)를 사용한다.
상기 포토 다이오드(322)는 상기 필터 모듈(310)의 반사층(312)에서 반사된 수신 광신호(340)를 검출해내는 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 일면은 오목하고, 그 타면은 볼록한 형태의 구면을 갖는 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 상기 양방향 광송수신기 모듈은 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유(430)와, 송신 광신호(440)를 출력하는 반도체 레이저(421)와, 수신 광신호(450)를 검출해내는 포토 다이오드(422)가 집적된 반도체 기판(420)과, 그 일면에 상기 송신 광신호(440)를 상기 광섬유(430)의 일단으로 반사시키고, 상기수신 광신호(450)를 투과시키는 밴드 패스 필터층(411)이, 그 타면에 밴드 패스 필터층(411)에서 투과된 상기 수신 광신호(450)를 상기 포토 다이오드(422)에 수렴될 수 있도록 수직 방향으로 반사시키는 반사층(412)이 코팅된 필터 모듈(410)을 포함한다.
상기 필터 모듈(410)은 기결정된 두께를 갖는 글래스 기판의 오목한 일면에 상기 밴드 패스 필터층(411)이, 그 타면의 볼록한 일면에 상기 반사층(412)이 코팅되어져 있으며, 상기 필터 모듈(410)로는 상술한 글래스(Glass) 재질의 기판외에도 실리카 재질의 기판을 사용하기도 한다. 상기 필터 모듈(410)의 양면에 곡률을 형성함으로써, 상기 필터 모듈(410)과 상기 포토 다이오드(422) 및 상기 반도체 레이저(421)간 결합 효율(Coupling efficient)을 향상시키는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광섬유 블록과 필터 모듈을 포함하는 양방향 광송수신기 모듈을 나타내다. 도 5를 참조하면, 상기 양방향 광송수신기 모듈은 송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유가 안착된 광섬유 블록(560)과, 송신 광신호(540)를 출력하는 반도체 레이저(521)와, 수신 광신호(550)를 검출해내는 포토 다이오드(522)가 집적된 반도체 기판(520)과, 그 일면에 상기 송신 광신호(540)를 상기 광섬유(530)의 일단으로 반사시키고, 상기 수신 광신호(550)를 투과시키는 밴드 패스 필터층(511)이, 그 타면에 밴드 패스 필터층(511)에서 투과된 상기 수신 광신호(550)를 상기 포토 다이오드(522)에 수렴될 수 있도록 수직 방향으로 반사시키는 반사층(512)이 코팅된 필터 모듈(510)을 포함한다.
상기 광섬유 블록(560)은 그 상면에 상기 광섬유(530)가 안착되어져 있으며,상기 광섬유(530)의 일단으로부터 소정 간격 이격된 위치에 상기 필터 모듈(510)을 안착시킬 수 있도록 연장되어져 있다. 상기 광섬유 블록(560) 상면의 소정의 위치에 상기 필터 모듈(510)과 상기 광섬유(530)를 안착시키기 위한 홈을 형성함으로써, 광축 정렬이 용이하도록 한다.
본 발명은 반도체 기판에 반도체 레이저와, 포토 다이오드를 집적함으로써, 각각의 티오 캔(To Can) 또는 광수신 및 광송신 소작 각각을 광축 정렬시키지 않아도 되며, 이로 인한 조립 공정 시간이 단축되는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 다수의 밴드 패스 필터들과, 그에 대응되는 서로 다른 파장의 광신호를 출력할 수 있는 다수의 반도체 레이저들로써 하나의 광섬유에 다수의 광신호를 전송할 수 있는 다중화기에도 적용 가능하다. 그 외에도, 본 발명을 구성하는 광섬유와, 필터 모듈 또는 밴드 패스 필터 및 반사경과, 반도체 기판을 상호 수직하도록 위치시킴으로써 광축 정렬이 용이하다.
본 발명에 따른 양방향 광송수신기 모듈은 밴드 패스 필터 및 반사경으로 입출력되는 송신 광신호 및 수신 광신호를 분리함으로써, 광송신 및 광수신 소자의 집적이 보다 용이하고, 양방향 광송수신기 모듈을 구성하는 부품수의 절감이 가능하다는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 양방향 광송수신기 모듈에 있어서,
    송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유와;
    상기 송신 광신호를 출력하는 반도체 레이저와, 상기 수신 광신호를 모니터링하는 포토 다이오드가 집적된 반도체 기판과;
    상기 반도체 레이저에서 출력된 상기 송신 광신호를 상기 광섬유의 일단측으로 반사시키고, 상기 광섬유에서 출력된 상기 수신 광신호를 투과시키는 밴드 패스 필터와;
    상기 밴드 패스 필터를 투과한 상기 수신 광신호를 상기 포토 다이오드측으로 반사시키는 반사경을 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 광신호를 출력하는 상기 반도체 레이저는 표면 발광 레이저를 사용함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터는 상기 반도체 레이저에서 출력된 상기 송신 광신호가상기 광섬유의 일단에 수렴될 수 있도록 기결정된 곡률을 가짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반사경은 상기 광섬유에서 출력된 수신 광신호가 상기 포토 다이오드에 수렴될 수 있도록 기결정된 곡률을 가짐을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  5. 양방향 광송수신기 모듈에 있어서,
    송신 및 수신 광신호의 전송 매체인 광섬유와;
    상기 송신 광신호를 출력하는 반도체 레이저와, 상기 광신호를 모니터링하는 포토 다이오드가 집적된 반도체 기판과;
    그 일면에 상기 송신 광신호를 상기 광섬유로 반사시키며 상기 수신 광신호를 투과시기 위한 밴드 패스 필터층이, 그 타면에 상기 밴드 패스 필터층에서 투과된 상기 수신 광신호를 상기 포토 다이오드가 수신할 수 있도록 수직 방향으로 반사시키는 반사층이 코팅된 기판으로 이루어진 필터 모듈을 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 필터 모듈의 기판은 실리카 재질임을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 필터 모듈의 기판은 글라스 재질임을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 필터 모듈은
    밴드 패스 필터 및 반사 층이 코팅된 기판의 양면이 기결정된 곡률을 갖도록 성형된 곡면임을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
  9. 제6 항에 있어서,
    그 상면에 상기 광섬유가 안착되어져 있으며, 상기 광섬유의 일단으로부터 소정 간격 이격된 위치에 상기 필터 모듈을 안착시킬 수 있도록 연장된 광섬유 블록을 더 포함함을 특징으로 하는 양방향 광송수신기 모듈.
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