JP4204693B2 - 光増幅装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ伝送系において光信号の中継を行う光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は例えば特開平５−２６８１６７号公報に示された従来の光ファイバ中継伝送系を示す構成図、図５はその光増幅装置を示す構成図であり、図４において、１ａ〜１ｃは複数直列に設置された光増幅装置、２ａ〜２ｄは給電線、３ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄは光ファイバ、５はその給電線２ａに定電流を供給する定電流電源、６ａ，６ｂは送信端、並びに受信端に設置された光伝送端局装置である。
このように、光伝送端局装置６ａ，６ｂ間を結ぶ光ファイバ３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄの伝送路中には、複数の光増幅装置１ａ〜１ｃが直列に挿入され、各光増幅装置１ａ〜１ｃに対する電源の供給は、通常、送信端または受信端に設置された定電流電源５により給電線２ａ〜２ｄを通じて直流定電流を供給する定電流給電方式により行われる。
【０００３】
また、図５において、１ａは光増幅装置、２ａ，２ｂは給電線、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは光ファイバ、１１，１２は光信号を増幅して中継する光中継回路、１３，１４は光中継回路１１，１２に並列接続され、それら光中継回路１１，１２の駆動電流値を制御する側流回路、１５は光中継回路１２および側流回路１４に直列に接続された定電流源、１６はこれら光中継回路１１，１２、側流回路１３，１４、および定電流源１５に並列に接続された定電圧ダイオードである。
【０００４】
次に動作について説明する。
光ファイバ３ａにより入力される上り回線光信号は、光中継回路１２により、光増幅され、光ファイバ３ｂに出力される。また、光ファイバ４ｂにより入力される下り回線光信号は、光中継回路１１により光増幅中継され、光ファイバ４ａに出力される。
一方、光中継回路１１と光中継回路１２は互いに直列に接続され、各光中継回路１１，１２には、給電される電流の一部または全部を側流する側流回路１３，１４がそれぞれ並列に接続されている。従って、給電線２ａより入力される給電電流は、光中継回路１１および側流回路１３、光中継回路１２および側流回路１４にそれぞれ分流される。
光中継回路１２および側流回路１４には、さらに直列に定電流源１５が接続され、この定電流源１５は光中継回路１１，１２に流入する最大電流を制限する。また、これら光中継回路１１，１２、側流回路１３，１４、および定電流源１５には並列に定電圧ダイオード１６が接続され、この定電圧ダイオード１６は、給電線２ａに過大な電流が流入した時に余剰電流をバイパスし、安定な動作を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光増幅装置は以上のように構成されているので、光増幅装置１ａに供給される給電電流が変動しても常に光中継回路１１，１２の動作状態を一定に保つように制御しており、外部から光中継回路１１，１２の動作状態を変化させることはできなかった。従って、長期にわたるシステムの運用期間中に一部の光増幅装置に障害が発生した時、他の正常な光増幅装置の出力レベルを変化させることができないなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光増幅装置に供給される給電電流値によって光中継回路の出力レベルを設定する光増幅装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光増幅装置は、給電される給電電流を側流することにより光中継回路への駆動電流値を基準値に応じて一定に制御すると共に、設定信号に応じて基準値を可変調整する側流回路と、少なくとも一組の光中継回路および側流回路からなる光中継手段と、光中継手段に並列接続され、光中継手段に加わる電圧を制限する電圧制限回路と、光中継手段および電圧制限回路からなる並列回路に直列接続され、その並列回路に給電される給電電流値を検出して、検出された給電電流値に応じて側流回路に設定信号を発生する電流検出手段とを備えたものである。
【０００８】
この発明に係る光増幅装置は、光中継手段に直列接続され、その光中継手段に流れる電流を制限する電流制限回路を備えたものである。
【０００９】
この発明に係る光増幅装置は、電流検出手段に、給電電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した検出信号を平滑するフィルタ部とを備えたものである。
【００１０】
この発明に係る光増幅装置は、電流検出手段に、給電電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した検出信号を低インピーダンスの電圧信号に変換するインピーダンス変換器と、インピーダンス変換器によって変換された電圧信号に応じて側流回路に電流値の設定信号を発生する電流生成部とを備えたものである。
【００１１】
この発明に係る光増幅装置は、電流検出手段に、検出された給電電流が所定値以下の場合に一定の設定信号を側流回路に発生させる設定信号制限手段を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光増幅装置を示す構成図であり、図において、２１は光増幅装置、２ａ，２ｂは給電線、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは光ファイバ、１１，１２は光信号を増幅して中継する光中継回路、２２，２３は光中継回路１１，１２に並列接続され、設定信号に基づいてそれら光中継回路１１，１２の駆動電流値を制御する側流回路であり、光中継回路１１，１２および側流回路２２，２３により光中継手段２４を構成する。
２５は光中継手段２４に直列接続され、その光中継手段２４に流れる電流を制限する電流制限回路、１６はこれら光中継手段２４、および電流制限回路２５に並列に接続され、その光中継手段２４に加わる電圧を制限する定電圧ダイオード（電圧制限回路）である。
【００１３】
また、２６は光中継手段２４、電流制限回路２５、および定電圧ダイオード１６からなる並列回路に直列接続され、その並列回路に給電される給電電流値を検出して、その検出された給電電流値に応じて側流回路２２，２３に設定信号を発生する電流検出手段である。その電流検出手段２６において、２７は給電電流を検出する電流検出部、２８は電流検出部２７が検出した検出信号を平滑するフィルタ部、２９ａ，２９ｂはフィルタ部２８によって平滑された検出信号に応じて側流回路２２，２３に設定信号を発生する電流生成部である。
【００１４】
次に動作について説明する。
光ファイバ４ａにより入力される上り回線光信号は、光中継回路１１により、光増幅中継され、光ファイバ４ｂに出力される。また、光ファイバ３ｂにより入力される下り回線光信号は、光中継回路１２により光増幅中継され、光ファイバ３ａに出力される。
一方、光中継回路１１と光中継回路１２は互いに直列に接続され、各光中継回路１１，１２には、給電される電流の一部または全部を側流する側流回路２２，２３がそれぞれ並列に接続されている。この光中継手段２４にはさらに直列に電流制限回路２５が接続され、これらが定電圧ダイオード１６に対して負荷回路として並列に接続されている。よって、電流制限回路２５は、光中継回路１１，１２に流入する最大電流を制限する。また、定電圧ダイオード１６は、給電線２ａに過大な電流が流入した時に余剰電流をバイパスし、安定な動作を実現する。
【００１５】
また、給電線２ａに供給される給電電流値は、電源検出手段２６の内部の電流検出部２７において検出される。検出された給電電流値は、フィルタ部２８において平滑化され、光中継回路１１，１２の出力レベルを制御するために不要な変動成分が取り除かれる。電流生成部２９ａ，２９ｂは、フィルタ部２８で平滑化された検出信号に基づき、側流回路２２，２３が光中継回路１１，１２の出力レベルを制御する上で基準となる設定信号を電流信号として生成する。側流回路２２，２３は、それら電流生成部２９ａ，２９ｂが生成した設定信号に基づいて光中継回路１１，１２へ分流する電流値を制御することで、光中継回路１１，１２の駆動電流値を調整し出力レベルを制御する。
【００１６】
このように、給電線２ａに供給される給電電流値に応じて、側流回路２２，２３の基準となる設定信号が調整されるので、その給電電流値に応じて光中継回路１１，１２の出力レベルを制御することができる。
尚、特に海底ケーブルシステムでは、光中継回路１１，１２の出力レベルを設定するのとは別の目的で、給電電流値に正弦波変調をかけることがあるが、この実施の形態１による電流制限回路２５と定電圧ダイオード１６は、給電電流変調時に過大な電流が光中継回路１１，１２へ流入することで故障が発生したり、動作が不安定になることを防止することができる。
また、この実施の形態１によるフィルタ部２８は、その給電電流変調時に給電電流の検出信号から変調成分を除去し、光中継回路１１，１２の動作を安定に保つことができる。
【００１７】
図２は、図１に示した光増幅装置の詳細構成の一例として、希土類ドープ光ファイバを用いた光増幅中継方式による場合に適用した例を示す構成図であり、光中継回路１１，１２において、３１ａ，３１ｂは希土類ドープ光ファイバ、３２ａ，３２ｂは光カプラ、３３ａ，３３ｂは光アイソレータ、３４ａ，３４ｂは励起光源である。また、側流回路２２，２３において、３５ａ，３５ｂは受光素子、３６ａ，３６ｂはトランジスタ、３７ａ，３７ｂは電流制御回路である。
また、電流検出手段２６の電流検出部２７において、４１，４２は給電電流値を電圧値に変換する抵抗、また、フィルタ部２８において、４３，４４は抵抗、４５，４６はコンデンサであり、これらによって検出信号を平滑するものである。４７は平滑された検出信号を低インピーダンスの電圧信号に変換するインピーダンス変換器である。また、電流生成部２９ａ，２９ｂにおいて、４８は基準電圧源、４９，５０は抵抗、５１は基準電流を設定するトランジスタ、５２ａ，５２ｂは設定信号を生成するトランジスタ、５３ａ，５３ｂはインピーダンス変換器４７による電圧信号を設定信号に変換する抵抗である。さらに、５４は定電圧ダイオード１６に直列接続された定電圧ダイオードである。
【００１８】
次に動作について説明する。
以下では上り回線用の光中継回路１１、並びに側流回路２２について説明するが、下り回線用の光中継回路１２、並びに側流回路２３の動作についても同一であるのでその動作説明については省略する。
まず、光中継回路１１の動作について説明する。希土類ドープ光ファイバ３１ａは、例えば希土類元素であるエルビウムを長さ数ｍ〜数十ｍ程度のシングルモード光ファイバにドープしたものである。希土類ドープ光ファイバ３１ａには光カプラ３２ａが接続されている。励起光源３４ａは、例えば波長１．４８μｍ帯や０．９８μｍ帯の半導体レーザ（ＬＤ）であり、その出力光は光カプラ３２ａにより希土類ドープ光ファイバ３１ａに入力される。上記励起光源３４ａの出力光が希土類ドープ光ファイバ３１ａに入力されると希土類ドープ光ファイバ３１ａは反転分布状態となり、光ファイバ４ａにより入力された波長１．５５μｍ帯域の上り回線光信号は、誘導放出作用により増幅された後、光アイソレータ３３ａを介して光ファイバ４ｂに出力される。
【００１９】
次に、側流回路２２の動作について説明する。側流用のトランジスタ３６ａは、コレクタが励起光源３４ａのアノードに、エミッタが同カソードにそれぞれ接続されており、上記励起光源３４ａとトランジスタ３６ａに流れる電流の和は電流制限回路２５により一定値以下に制限される。また、受光素子３５ａは、励起光源３４ａの出力の一部を受光し、その受光量に応じた受光電流を電流制御回路３７ａに供給する。その電流制御回路３７ａは、受光素子３５ａの受光電流を入力し、その受光電流値と後述の電流生成部２９ａからの設定信号の電流値の差に応じてトランジスタ３６ａのベースへの出力電流を制御する。ここで、電流制御回路３７ａは、上記受光素子３５ａの受光電流が常に一定となるように該トランジスタ３６ａの電流を負帰還制御することにより励起光源３４ａの光出力を一定に保つ。
【００２０】
次に、電流検出手段２６の動作について説明する。光中継回路１１，１２、側流回路２２，２３、電流制限回路２５、および定電圧ダイオード１６を流れた給電電流は、全て合流した後に、電流検出部２７を構成する抵抗４１において電圧信号に変換され、フィルタ部２８に入力される。フィルタ部２８では、抵抗４３，４４、コンデンサ４５，４６により不要な電圧変動を平滑化した後に、インピーダンス変換器４７によって低インピーダンスの電圧信号として電流生成部２９ａに入力される。
電流生成部２９ａは、フィルタ部２８からの電圧信号を電流値の設定信号に変換する。トランジスタ５１のベース電位は、基準電圧源４８の出力電圧、抵抗４９，５０の値によって一定値に保たれ、トランジスタ５２ａのベースに入力される。トランジスタ５２ａのコレクタ電流は、該ベース電圧、フィルタ部２８の出力電圧、およびエミッタに接続された抵抗５３ａの抵抗値によって決定され、側流回路２２に電流値の設定信号として出力される。従って、この設定信号の電流値は、給電電流値の増加量に比例して増大する。
【００２１】
また、電流検出手段２６に並列に接続される定電圧ダイオード５４は、定電圧ダイオード１６と同様に、給電線２ａに過大な電流が流入した時に余剰電流をバイパスし、電流検出手段２６を保護すると同時に安定な動作を実現する。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、給電線２ａに供給される給電電流値を検出して、その検出された給電電流値に応じて側流回路２２，２３に設定信号を発生する電流検出手段２６と、その設定信号に応じて光中継回路１１，１２の出力レベルを制御する側流回路２２，２３とを設けるように構成したので、給電電流値に応じて光中継回路１１，１２の出力レベルを制御することができる効果が得られる。
また、その電流検出手段２６は、光中継手段２４、電流制限回路２５、および定電圧ダイオード１６からなる並列回路に直列接続されるように構成したので、光中継手段２４、および電流制限回路２５からなる直列回路に流れる給電電流値だけでなく、定電圧ダイオード１６に流れる給電電流値も含めて検出することができ、給電電流値に応じた設定信号を精度良く発生することができる効果が得られる。
さらに、光中継手段２４に電流制限回路２５を直列接続するように構成したので、光中継回路１１，１２に流入する最大電流を制限することができ、動作が不安定になることを防止することができる効果が得られる。
さらに、光中継手段２４、および電流制限回路２５に定電圧ダイオード１６を並列接続するように構成したので、給電線２ａに過大な電流が流入した時でもその定電圧ダイオード１６によって余剰電流をバイパスして、安定な動作を実現することができる効果が得られる。
さらに、電流検出部２７が検出した検出信号を平滑するフィルタ部２８を備えるように構成したので、給電電流の検出信号の変動を平滑することができ、精度良く給電電流値に応じて設定信号を発生することができる効果が得られる。
尚、電流制限回路２５、定電圧ダイオード１６、およびフィルタ部２８の構成については、海底ケーブルシステムなどにおいて、給電電流値に正弦波変調をかける場合に特に有効である。
さらに、フィルタ部２８により平滑化された電圧信号をインピーダンス変換器４７によって低インピーダンスの電圧信号として電流生成部２９ａに入力するように構成したので、次段の電流生成部２９ａ，２９ｂにおいては、抵抗５３ａ，５３ｂを設けるだけで、電圧信号から電流信号に変換して側流回路２２，２３に設定信号を発生することができる。即ち、１つのインピーダンス変換器４７を設けるだけで、複数の側流回路に設定信号を発生するための回路素子を、抵抗５３ａ，５３ｂなどの簡単な構成によって実現することができる効果が得られる。
【００２３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による光増幅装置を示す詳細構成図であり、図において、６１は電流検出部２７に設けられ、検出された給電電流が所定値以下の場合に一定の設定信号を側流回路２２，２３に発生させるレベルシフト回路（設定信号制限手段）である。そのレベルシフト回路６１において、６２は抵抗４１，４２によって検出された給電電流値に比例した検出電圧をシフトする定電圧ダイオード、６３は抵抗、６４，６５はその定電圧ダイオード６２によってシフトされた検出電圧を分圧する抵抗である。
その他の構成は、実施の形態１で示した図２と同一であるのでその重複する説明を省略する。
【００２４】
次に動作について説明する。
電流検出部２７において抵抗４１で発生する検出電圧は、給電線２ａ，２ｂに供給される給電電流値に比例したものとなる。実施の形態１の図２においては、この検出電圧を平滑化した電圧信号がフィルタ部２８から出力され、電流生成部２９ａにおいては、仮に給電電流値が零であってもトランジスタ５２ａのベース電圧と検出電圧の間に電位差が発生し、電流生成部２９ａから零でない設定信号が出力されてしまう。
一方、この実施の形態２の図３による電流検出部２７は、給電電流を検出する抵抗４１，４２と、レベルシフト回路６１により構成されている。レベルシフト回路６１では、定電圧ダイオード６２および抵抗６３によって、抵抗４１で検出された給電電流の検出電圧を定電圧ダイオード６２の値だけシフトし、さらに定電圧ダイオード６２の電圧を抵抗６４，６５で分圧することにより、任意のレベルシフトを実現することができる。これにより電流生成部２９ａ，２９ｂにはその分のオフセットを与えた検出信号が与えられるため、定電圧ダイオード６２の降伏電圧を調整することによって、給電電流値と電流生成部２９ａ，２９ｂの発生する設定信号との関係にオフセットを与えることが可能である。
例えば、給電電流が側流回路２２の動作が不安定な所定値以下の場合には、定電圧ダイオード６２によってシフトされた検出電圧によって、図２に示したインピーダンス変換器４７の出力電位がトランジスタ５２ａのベース電圧よりも高くなるようにその定電圧ダイオード６２の降伏電圧を設定することにより、電流制御回路３７ａには零の設定信号を出力することができる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、検出された給電電流が所定値以下の場合に一定の設定信号を側流回路２２，２３に発生させるレベルシフト回路６１を設けるように構成したので、給電電流が側流回路２２，２３の動作が不安定な所定値以下の場合には、一定の設定信号を側流回路２２，２３に発生させ、側流回路２２，２３の制御を良好にすることができる効果がある。
尚、上記実施の形態２では、電流検出部２７にレベルシフト回路６１を設けたが、レベルシフト回路６１は、電流検出手段２６であるならどこに設けても良く、その他のフィルタ部２８、電流生成部２９ａ，２９ｂに設けても同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１及び実施の形態２では、光中継回路１１，１２が上り、および下り用の計２個の場合について説明したが、予備用を考慮した場合など、さらに個数が増えた場合についても同様の構成で同等の機能を実現することができる。例えば、図１に示した、光中継手段２４では、光中継回路１１と側流回路２２との並列回路と、光中継回路１２と側流回路２３との並列回路とを直列接続にした構成としたが、それら１組の並列回路を複数直列接続したり、直列および並列に複数組み接続した構成であっても同等の機能を実現することができる。
さらに、希土類ドープ光ファイバ３１ａ，３１ｂに入力される励起光の励起方向が信号光と逆方向である場合について説明したが、同一の方向である場合にも全く同様の効果を奏する。
さらに、励起光源３４ａ，３４ｂの光出力をモニタする受光素子３５ａ，３５ｂとしてレーザモジュール内部のモニタ用フォトダイオードを使用し、励起光源３４ａ，３４ｂの出力強度をモニタする構成を説明したが、光中継回路１１，１２の出力を一部分岐し、信号光の出力レベル自体をモニタすることで励起光源３４ａ，３４ｂの出力強度をモニタすることに置き換える構成としても同等の効果を奏する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、給電される給電電流を側流することにより光中継回路への駆動電流値を基準値に応じて一定に制御すると共に、設定信号に応じて基準値を可変調整する側流回路と、少なくとも一組の光中継回路および側流回路からなる光中継手段と、光中継手段に加わる電圧を制限する電圧制限回路と、光中継手段および電圧制限回路からなる並列回路に直列接続され、その並列回路に給電される給電電流値を検出して、検出された給電電流値に応じて側流回路に設定信号を発生する電流検出手段とを備えるように構成したので、電流検出手段では給電電流値に応じて設定信号を発生し、側流回路では、その設定信号に基づいて光中継回路の駆動電流値を制御し、従って、光中継回路の出力レベルを給電電流値に応じて制御することができる効果が得られる。
また、その電流検出手段は、光中継手段および電圧制限回路からなる並列回路に直列接続されるように構成したので、光中継手段に流れる給電電流値だけでなく、電圧制限回路に流れる給電電流値も含めて検出するので、精度良く給電電流値を検出することができ、従って、給電電流値に応じた設定信号を精度良く発生することができる効果が得られる。
さらに、光中継手段に電圧制限回路を並列接続するように構成したので、光中継回路に過大な電流が流入した時でも、その電圧制限回路によって余剰電流をバイパスして、安定な動作を実現することができる効果が得られる。
【００２７】
この発明によれば、光中継手段に直列接続され、その光中継手段に流れる電流を制限する電流制限回路を備えるように構成したので、光中継回路に流入する最大電流を制限することができ、動作が不安定になることを防止することができる効果が得られる。
【００２８】
この発明によれば、電流検出手段に、給電電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した検出信号を平滑するフィルタ部とを備えるように構成したので、給電電流の検出信号の変動を平滑することができ、精度良く給電電流値に応じて設定信号を発生することができる効果が得られる。
【００２９】
この発明によれば、電流検出手段に、給電電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した検出信号を低インピーダンスの電圧信号に変換するインピーダンス変換器と、インピーダンス変換器によって変換された電圧信号に応じて側流回路に電流値の設定信号を発生する電流生成部とを備えるように構成したので、１つのインピーダンス変換器を設けるだけで、複数の側流回路に設定信号を発生するための電流生成部を簡単な構成によって実現することができる効果が得られる。
【００３０】
この発明によれば、電流検出手段に、検出された給電電流が所定値以下の場合に一定の設定信号を側流回路に発生させる設定信号制限手段を備えるように構成したので、給電電流が側流回路の動作が不安定な所定値以下の場合には、一定の設定信号を側流回路に発生させ、側流回路の制御を良好にすることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による光増幅装置を示す構成図である。
【図２】 光増幅装置を示す詳細構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による光増幅装置を示す詳細構成図である。
【図４】 従来の光ファイバ中継伝送系を示す構成図である。
【図５】 従来の光増幅装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１，１２ 光中継回路、１６ 定電圧ダイオード（電圧制限回路）、２１ 光増幅装置、２２，２３ 側流回路、２４ 光中継手段、２５ 電流制限回路、２６ 電流検出手段、２７ 電流検出部、２８ フィルタ部、２９ａ，２９ｂ 電流生成部、４７ インピーダンス変換器、６１ レベルシフト回路（設定信号制限手段）。

Claims (5)

1. 入力光信号を増幅して中継する光中継回路と、上記光中継回路に並列接続され、給電される給電電流を側流することによりその光中継回路への駆動電流値を基準値に応じて一定に制御すると共に、設定信号に応じてその基準値を可変調整する側流回路と、少なくとも一組の上記光中継回路および上記側流回路からなる光中継手段と、上記光中継手段に並列接続され、その光中継手段に加わる電圧を制限する電圧制限回路と、上記光中継手段および上記電圧制限回路からなる並列回路に直列接続され、その並列回路に給電される給電電流値を検出して、その検出された給電電流値に応じて上記側流回路に設定信号を発生する電流検出手段とを備えた光増幅装置。
2. 光中継手段に直列接続され、その光中継手段に流れる電流を制限する電流制限回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
3. 電流検出手段は、給電電流を検出する電流検出部と、上記電流検出部が検出した検出信号を平滑するフィルタ部とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光増幅装置。
4. 電流検出手段は、給電電流を検出する電流検出部と、上記電流検出部が検出した検出信号を低インピーダンスの電圧信号に変換するインピーダンス変換器と、上記インピーダンス変換器によって変換された電圧信号に応じて側流回路に電流値の設定信号を発生する電流生成部とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光増幅装置。
5. 電流検出手段は、検出された給電電流が所定値以下の場合に一定の設定信号を側流回路に発生させる設定信号制限手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の光増幅装置。

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