JP6508059B2 - 制御装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
1.レーザー光発生装置の構成
2.サーボの引き込み
3.比較例に係る制御部
3.1.制御部の構成
3.2.サーボの引き込み動作
3.3.比較例に係るサーボの引き込み動作の課題
4.本実施形態に係る制御部
4.1.制御部の構成
4.2.サーボの引き込み動作
4.3.処理の流れ
4.4.作用効果
5.変形例
5.1.レーザー光発生装置の構成
5.2.処理の流れ
5.3.作用効果
6.ハードウェア構成
7.まとめ
まず、図1を参照して、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の構成について説明する。図1は、本開示の実施形態に係るレーザー光発生装置の概略的な構成の一例を示した構成図である。
次に、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の制御部10の詳細について説明するにあたり、まず、図2を参照しながら、レーザー光源51として、半導体レーザーのようにマルチモード発振するものを用いた場合のサーボの引き込みについて概要を説明する。図2は、マルチモード発振するレーザー光源を用いた場合のサーボの引き込みについて説明するための説明図である。
次に、従来のレーザー光発生装置を比較例として、当該比較例に係る制御部によるサーボの引き込み方法について説明することで、本実施形態に係るレーザー光発生装置1の課題について整理する。
まず、比較例に係る制御部10wの構成について、図3を参照しながら説明する。図3は、比較例に係る制御部10wの機能構成の一例を示したブロック図である。
次に、図4を参照しながら、比較例に係る制御部10wによるサーボの引き込み動作の詳細について説明する。図4は、比較例に係る制御部10wによるサーボの引き込み動作の一例について説明するための説明図である。なお、図4における参照符号g11、g21、g31、及びg13は、図2における、ミラー207の位置g11、反射信号g21、誤差信号g31、及び反射光L3の検出結果が最も低くなる範囲g13にそれぞれ対応している。
一方で、反射光L3のレベルと閾値g25との比較に基づきサーボの引き込みを行うタイミングを特定する場合には、サーボの引き込みを確実に行うために、閾値g25が、事前の測定により得られた反射光L3の最小値よりも高い値に設定される場合が少なくない。
[4.1.制御部の構成]
まず、図5を参照しながら、本実施形態に係る制御部10の構成について説明する。図5は、本実施形態に係る制御部10の機能構成の一例を示したブロック図である。
次に、モードジャンプに係る動作と、反射光L3のレベルが最小となるモードの特定に係る動作とについて、図6〜図8を参照しながら説明する。
次に、図9及び図10を参照しながら、本実施形態に係る制御部10による、共振器20内における励起レーザーL1の光路長の制御に係る一連の動作について説明する。まず、図9を参照する。図9は、本実施形態に係る制御部10の一連の動作の流れを示したフローチャートである。
レーザー光発生装置1が動作を開始すると、制御部10は、モードを順次切り替えて、切り替えられたモードごとに、反射光L3のレベルの検出結果を取得し、当該反射光L3のレベルが最小となるモードを特定する。そして、制御部10は、励起レーザー光L1が特定したモードで共振するように、サーボの引き込みを行う。なお、サーボの引き込みに係る動作の詳細については、別途後述する。
サーボの引き込みが完了したら、制御部10は、光検出器41から、共振器20からの反射光L3の検出結果を取得し、当該反射光L3のレベルに基づき、サーボ制御が正常に動作しているか否かを判定する。
サーボ制御が正常に動作している場合には(ステップS20、YES)、制御部10は、あらかじめ決められた期間だけ一時的に処理を停止し(ステップS30)、当該期間経過後に再度サーボ制御が正常に動作しているか否かを確認する。制御部10は、以上のような動作を、例えば、レーザー光発生装置1の動作が停止するまで継続する(ステップS40、NO)。そして、レーザー光発生装置1の動作の停止が指示された場合には(ステップS40、YES)、制御部10は、共振器20内における励起レーザーL1の光路長の制御に係る一連の処理を終了する。
まず、制御部10は、光検出器41で検出された共振器20からの反射光L3のレベルを閾値g25と比較することで、サーボの初期引き込みを行う。これにより、ミラー207の位置が、例えば、図7に示す例におけるモードiの位置に調整される。なお、以降では、初期引き込み動作完了直後のモードをモード0(i=0)として説明する。
サーボの初期引き込みが完了したら、制御部10は、あらかじめ決められた方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する。例えば、図10に示す例では、制御部10は、+(プラス)方向にモードジャンプするように(i=i+1)、ミラー207の位置を制御する。
モード間をジャンプするようにミラー207の位置を制御したら、制御部10は、モードジャンプ後における反射光L3の検出結果を光検出器41から取得し、当該モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルを比較する。
反射光L3のレベルの変化が+(プラス)の場合、即ち、モードジャンプ前よりもモードジャンプ後の方が反射光L3のレベルが高かった場合には(ステップS103、YES)、制御部10は、−(マイナス)方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する。ミラー207の位置を制御したら、制御部10は、モードジャンプ後における反射光L3の検出結果を光検出器41から取得し、当該モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルを比較する。
以上のようにして、制御部10は、モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が−(マイナス)である限り(ステップS112、NO)、−(マイナス)方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する。
モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が+(プラス)となった場合には(ステップS112、YES)、制御部10は、そのときのモードを、最適点を超えたモードとして認識し、直前のモード(Imax=i)を最適点として設定する。このとき、制御部10は、最適点に設定したモードにおける反射光L3のレベルを記憶しておく。
最適点を設定したら、制御部10は、当該最適点を基準として、あらかじめ決められたモード数nだけ−(マイナス)方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する(ステップS115、NO)。
最適点を基準として、モード数nだけ−(マイナス)方向にモードジャンプするようにミラー207の位置を制御したら、制御部10は、モードジャンプ後における反射光L3の検出結果を光検出器41から取得する。そして、制御部10は、最適点に設定したモード(Imax=i)と、モードジャンプ後のモードとの間で反射光L3のレベルを比較する。
モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が+(プラス)となった場合には(ステップS116、YES)、Imax=iに対応するモードにおいて、反射光L3のレベルが最小となったことを意味する。この場合には、制御部10は、モード数nだけ+(プラス)方向にモードジャンプするようにミラー207の位置を制御し、サーボの引き込みに係る一連の動作を終了する。これにより、ミラー207の位置が、Imax=iに対応するモードの位置に調整される。
なお、ステップS103において、モードジャンプの前後間における反射光L3のレベルの変化が−(マイナス)の場合(ステップS103、NO)についても、ミラー207の制御方向が異なる点を除けば、基本的な動作は、前述したステップS111〜S117で示した動作と同様である。
以上のようにして、制御部10は、モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が−(マイナス)である限り(ステップS122、NO)、+(プラス)方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する。
モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が+(プラス)となった場合には(ステップS122、YES)、制御部10は、そのときのモードを、最適点を超えたモードとして認識し、直前のモード(Imax=i)を最適点として設定する。このとき、制御部10は、最適点に設定したモードにおける反射光L3のレベルを記憶しておく。
最適点を設定したら、制御部10は、当該最適点を基準として、あらかじめ決められたモード数nだけ+(プラス)方向にモードジャンプするように、ミラー207の位置を制御する(ステップS125、NO)。
最適点を基準として、モード数nだけ+(プラス)方向にモードジャンプするようにミラー207の位置を制御したら、制御部10は、モードジャンプ後における反射光L3の検出結果を光検出器41から取得する。そして、制御部10は、最適点に設定したモード(Imax=i)と、モードジャンプ後のモードとの間で反射光L3のレベルを比較する。
モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの変化が+(プラス)となった場合には(ステップS126、YES)、Imax=iに対応するモードにおいて、反射光L3のレベルが最小となったことを意味する。そのため、制御部10は、モード数nだけ−(マイナス)方向にモードジャンプするようにミラー207の位置を制御し、サーボの引き込みに係る一連の動作を終了する。これにより、ミラー207の位置が、Imax=iに対応するモードの位置に調整される。
以上、本実施形態に係る制御部10の詳細について説明した。上記で説明したように、制御部10は、モードが逐次切り替わるように(即ち、モードジャンプするように)、ミラー207の位置を制御し、切り替わったモードそれぞれについて反射光L3のレベルを取得する。そして、制御部10は、モードジャンプの前後間で反射光L3のレベルの比較を行い、当該反射光L3のレベルが最低となるモードを特定する。このような構成より、本実施形態に係る制御部10は、より強度の高いOPOレーザー光L2を出力することが可能なモードで共振するように、共振器20内の光路長を制御することが可能となる。
[5.1.レーザー光発生装置の構成]
次に、前述した実施形態に係るレーザー光発生装置1の変形例について説明する。まず、図11を参照しながら、変形例に係るレーザー光発生装置1aの構成について説明する。図11は、変形例に係るレーザー光発生装置1aの構成を示した図である。
次に、図13を参照しながら、変形例に係る制御部10aによる、共振器20内における励起レーザーL1の光路長の制御に係る一連の動作について説明する。図13は、変形例に係る制御部10aの一連の動作の流れを示したフローチャートである。
レーザー光発生装置1が動作を開始すると、制御部10aは、モードを順次切り替えて、切り替えられたモードごとに、反射光L3のレベルの検出結果を取得し、当該反射光L3のレベルが最小となるモード(即ち、最適点)を特定する。そして、制御部10aは、励起レーザー光L1が特定したモードで共振するように、サーボの引き込みを行う。なお、サーボの引き込みに係る動作は、前述した実施形態に係る制御部10の場合(図9及び図10)と同様である。
サーボの引き込みが完了したら、制御部10aは、位置検出部221からミラー207の位置を示す位置情報を取得する。当該位置情報により、制御部10aは、反射光L3のレベルが最小となるモード(即ち、最適点)に対応するミラー207の位置を認識することが可能となる。制御部10aは、位置検出部221から取得した、最適点に対応するミラー207の位置情報を記録する。また、このとき、制御部10aは、位置検出部223からアウトプットカプラー211の位置情報を取得し、当該位置情報を記憶してもよい。
次いで、制御部10は、光検出器41から、共振器20からの反射光L3の検出結果を取得し、当該反射光L3のレベルに基づき、サーボ制御が正常に動作しているか否かを判定する。
サーボ制御が正常に動作していない場合には(ステップS20、NO)、制御部10は、あらかじめ記録した最適点に対応するミラー207の位置情報に基づき、当該最適点に対応する位置となるように、ミラー207の位置を制御する(ステップS52)。また、このとき、制御部10aは、あらかじめ記録したアウトプットカプラー211の位置情報に基づき、アウトプットカプラー211の位置を制御してもよい。あらかじめ記録した位置情報に基づきミラー207の位置を制御したら、制御部10は、改めてサーボの引き込み動作を実行する(ステップS10)。
なお、サーボ制御が正常に動作している場合には(ステップS20、YES)、制御部10aは、あらかじめ決められた期間だけ一時的に処理を停止し(ステップS30)、当該期間経過後に再度サーボ制御が正常に動作しているか否かを確認する。制御部10aは、以上のような動作を、例えば、レーザー光発生装置1の動作が停止するまで継続する(ステップS40、NO)。そして、レーザー光発生装置1の動作の停止が指示された場合には(ステップS40、YES)、制御部10aは、共振器20内における励起レーザーL1の光路長の制御に係る一連の処理を終了する。
以上説明したように、変形例に係る制御部10aは、最適点g27に対応するミラー207の位置を、位置検出部221の検出結果が示す位置情報に基づき認識することが可能である。そのため、制御部10aは、例えば、共振器20への衝撃等の外乱によりミラー207の位置が変化した場合においても、あらかじめ記憶した位置情報に基づき、最適点に対応する位置となるように、ミラー207の位置を調整することが可能となる。
次に、図14を参照して、本実施形態に係るレーザー光発生装置1のハードウェア構成の一例について説明する。図14は、本実施形態に係るレーザー光発生装置1のハードウェア構成の一例を示した図である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
(1)
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態に遷移するように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長を制御する制御部と、
を備えた、制御装置。
(2)
前記制御部は、検出された前記反射光のレベルに応じて、前記複数のモードのうちの少なくとも一のモードで共振する状態に遷移するように、前記共振器の光路長を制御する、前記(1)に記載の制御装置。
(3)
前記制御部は、前記少なくとも一方の反射部を所定距離だけ移動させるためのキックパルスと、前記キックパルスに基づき移動した当該反射部を停止させるためのブレーキパルスとにより形成されたジャンプパルスを前記駆動部に供給することで、前記第1のモードで共振する状態から、第2のモードで共振する状態に遷移するように、前記共振器の光路長を制御する、前記(1)または(2)に記載の制御装置。
(4)
前記制御部は、
前記反射光の検出結果に基づき、前記共振器の光路長が前記複数のモードのうちの一のモードで共振する状態に遷移するように前記共振器の光路長を制御した場合に、前記反射部の位置を示す位置情報を記憶しておき、
記憶された前記位置情報に基づき、前記共振器の光路長を制御する、前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の制御装置。
(5)
前記制御部は、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうち、前記反射光のレベルが最小となるモードで共振するように、前記共振器の光路長を制御する、前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の制御装置。
(6)
前記制御部は、前記モードが逐次切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替え後の各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、取得した当該各モードに対応する前記反射光のレベルに応じて、前記反射光のレベルが最小となるモードを特定する、前記(5)に記載の制御装置。
(7)
前記制御部は、
前記モードが、少なくとも隣接するモード間の距離よりも大きい第1の単位ごとに切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替えられた各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、取得した当該各モードに対応する前記反射光のレベルに応じて、当該各モードの中から前記反射光のレベルが最小となる第1のモードを特定した後、
前記第1のモードの近傍において、前記第1の単位よりも小さい第2の単位ごとに前記モードが切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替えられた各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、取得した当該各モードに対応する前記反射光のレベルに応じて、前記反射光のレベルが最小となるモードを特定する、前記(6)に記載の制御装置。
(8)
前記第2のモードは、前記第1のモードに隣接するモードである、前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の制御装置。
(9)
前記制御部は、
前記共振器の光路長が設定されたモードに対応する共振条件を満たすように当該光路長をサーボ制御し、
前記共振器に入射したレーザー光が前記第1のモードで共振する状態から、前記第2のモードで共振する状態に遷移させる場合には、前記サーボ制御を停止し、当該状態の遷移後に、前記第2のモードを前記設定されたモードとして前記サーボ制御を再開する、前記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の制御装置。
(10)
前記制御部は、前記反射光の検出結果に基づき、前記共振器の光路長と、前記入射したレーザー光の共振条件を満たす光路長との間のずれを示す誤差信号を生成し、生成した当該誤差信号に基づき、前記共振器の光路長をサーボ制御する、前記(9)に記載の制御装置。
(11)
駆動部が、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させることと、
プロセッサが、前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態に遷移するように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長を制御することと、
を含む、制御方法。
(12)
コンピュータに、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器の、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させるステップと、
前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態に遷移するように、前記少なくとも一方の反射部を移動させることで、前記共振器の光路長を制御させるステップと、
を含む、プログラム。
10、10a 制御部
101 誤差信号生成部
103 レベル検出部
105 レベル検出部
107 サーボ制御部
109 スイッチ
111 位相補償部
113 VCMドライバ
121 サーボ制御部
123 ジャンプパルス生成部
125 スイッチ
125a 端子
125b 端子
125c 端子
11 発振器
20 共振器
201 インプットカプラー
203、205、207 ミラー
209 ダイクロイックミラー
211 アウトプットカプラー
213 非線形光学素子
221、223 位置検出部
30 駆動部
40 アイソレーター
41 光検出器
50 光源ユニット
51 レーザー光源
52 位相変調器
53 ドライバ
Claims (11)
- 少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させる駆動部と、
前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態にジャンプするように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を当該レーザー光の波長に応じた距離だけ移動させることで、前記共振器の光路長を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モードが逐次切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替え後の各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、
切り替え前後で前記反射光のレベルが変化する方向が変化することを検出することで、前記反射光のレベルが最小となるモードを特定する、
制御装置。 - 前記制御部は、検出された前記反射光のレベルに応じて、前記複数のモードのうちの少なくとも一のモードで共振する状態に遷移するように、前記共振器の光路長を制御する、請求項1に記載の制御装置。
- 前記制御部は、前記少なくとも一方の反射部を前記共振器に入射したレーザー光の波長に応じた距離だけ移動させるためのキックパルスと、前記キックパルスに基づき移動した当該反射部を停止させるためのブレーキパルスとにより形成されたジャンプパルスを前記駆動部に供給することで、前記第1のモードで共振する状態から、第2のモードで共振する状態に遷移するように、前記共振器の光路長を制御する、請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記制御部は、
前記反射光の検出結果に基づき、前記共振器の光路長が前記複数のモードのうちの一のモードで共振する状態に遷移するように前記共振器の光路長を制御した場合に、前記反射部の位置を示す位置情報を記憶しておき、
記憶された前記位置情報に基づき、前記共振器の光路長を制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、切り替え前後で前記反射光のレベルが変化する方向がマイナスからプラスに変化することを検出することで、前記反射光のレベルが最小となるモードを特定する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記制御部は、
前記モードが、少なくとも隣接するモード間の距離よりも大きい第1の単位ごとに切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替えられた各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、取得した当該各モードに対応する前記反射光のレベルに応じて、当該各モードの中から前記反射光のレベルが最小となる第1のモードを特定した後、
前記第1のモードの近傍において、前記第1の単位よりも小さい第2の単位ごとに前記モードが切り替わるように前記共振器の光路長を制御して、切り替えられた各モードに対応する前記反射光のレベルを取得し、取得した当該各モードに対応する前記反射光のレベルに応じて、前記反射光のレベルが最小となるモードを特定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記第2のモードは、前記第1のモードに隣接するモードである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記制御部は、
前記共振器の光路長が設定されたモードに対応する共振条件を満たすように当該光路長をサーボ制御し、
前記共振器に入射したレーザー光が前記第1のモードで共振する状態から、前記第2のモードで共振する状態に遷移させる場合には、前記サーボ制御を停止し、当該状態の遷移後に、前記第2のモードを前記設定されたモードとして前記サーボ制御を再開する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記反射光の検出結果に基づき、前記共振器の光路長と、前記入射したレーザー光の共振条件を満たす光路長との間のずれを示す誤差信号を生成し、生成した当該誤差信号に基づき、前記共振器の光路長をサーボ制御する、請求項8に記載の制御装置。
- 駆動部が、少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器における、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させることと、
プロセッサが、前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態にジャンプするように、前記駆動部に前記少なくとも一方の反射部を当該レーザー光の波長に応じた距離だけ移動させることで、前記共振器の光路長を制御することと、
を含み、
前記モードが逐次切り替わるように前記共振器の光路長が制御されて、切り替え後の各モードに対応する前記反射光のレベルが取得され、
切り替え前後で前記反射光のレベルが変化する方向が変化することが検出されることで、前記反射光のレベルが最小となるモードが特定される、
制御方法。 - コンピュータに、
少なくとも一対の反射部と、非線形光学結晶とを含み、入射したレーザー光を共振させることで、当該レーザー光の波長を変換するものであり、かつ、入射したレーザー光の共振条件を満たすモードが複数存在する共振器の、前記一対の反射部のうち少なくとも一方の反射部を光軸方向に移動させるステップと、
前記共振器からの反射光の検出結果に基づき、前記共振器に入射したレーザー光が、前記複数のモードのうちの第1のモードで共振する状態から、当該第1のモードと異なる第2のモードで共振する状態にジャンプするように、前記少なくとも一方の反射部を当該レーザー光の波長に応じた距離だけ移動させることで、前記共振器の光路長を制御させるステップと、
を含み、
前記モードが逐次切り替わるように前記共振器の光路長が制御されて、切り替え後の各モードに対応する前記反射光のレベルが取得され、
切り替え前後で前記反射光のレベルが変化する方向が変化することが検出されることで、前記反射光のレベルが最小となるモードが特定される、
プログラム。
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