JPH05196813A - 回折格子型光偏光素子 - Google Patents
回折格子型光偏光素子Info
- Publication number
- JPH05196813A JPH05196813A JP820592A JP820592A JPH05196813A JP H05196813 A JPH05196813 A JP H05196813A JP 820592 A JP820592 A JP 820592A JP 820592 A JP820592 A JP 820592A JP H05196813 A JPH05196813 A JP H05196813A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffraction grating
- optical
- ion exchange
- light
- lithium niobate
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- Pending
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- Polarising Elements (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ニオブ酸リチウム結晶板に、回折格子とイオン
交換領域を形成することにより、薄い回折格子型光偏光
素子をうること。 【構成】ニオブ酸リチウム結晶板の主面に、周期を有す
る所定深さの溝を形成し、その溝を形成した部分のみに
溝の深さ方向に対して垂直にイオン交換領域を形成し、
イオン交換を施した領域とイオン交換を施さない領域と
の間で受ける異常光線成分の位相変化を相殺する。 【効果】薄くて小型の光偏光素子を得る、さらにニオブ
酸リチウム結晶基板を用い半導体プロセス技術により素
子を加工する事が出来るため、安価に安定した品質の素
子を大量に供給することが出来る。これを光ディスク用
光ヘッドに適用することによりヘッドの小型化が図れ
る。
交換領域を形成することにより、薄い回折格子型光偏光
素子をうること。 【構成】ニオブ酸リチウム結晶板の主面に、周期を有す
る所定深さの溝を形成し、その溝を形成した部分のみに
溝の深さ方向に対して垂直にイオン交換領域を形成し、
イオン交換を施した領域とイオン交換を施さない領域と
の間で受ける異常光線成分の位相変化を相殺する。 【効果】薄くて小型の光偏光素子を得る、さらにニオブ
酸リチウム結晶基板を用い半導体プロセス技術により素
子を加工する事が出来るため、安価に安定した品質の素
子を大量に供給することが出来る。これを光ディスク用
光ヘッドに適用することによりヘッドの小型化が図れ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを利用し
た各種光学装置に使用する複屈折偏光板、特に偏光方向
によって回折効率の子となる回折格子型偏光素子に関す
るものである。
た各種光学装置に使用する複屈折偏光板、特に偏光方向
によって回折効率の子となる回折格子型偏光素子に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】偏光素子特に偏光ビームスプリッタは、
直交する偏光間で光の伝搬方向を変化せしめる素子で、
従来はグラントムソンプリズムやロッシェンプリズム
等、複屈折の大きい結晶の光反射面におっける偏光によ
る透過ないしは全反射の違いを利用して光路を分離する
ものや、ガラス等の等方性の光学媒質でできた全反射プ
リズムの反射面に誘電体多層膜の偏光による屈折率の違
いを利用して、光を全反射あるいは、透過させるものが
多く使われていた。
直交する偏光間で光の伝搬方向を変化せしめる素子で、
従来はグラントムソンプリズムやロッシェンプリズム
等、複屈折の大きい結晶の光反射面におっける偏光によ
る透過ないしは全反射の違いを利用して光路を分離する
ものや、ガラス等の等方性の光学媒質でできた全反射プ
リズムの反射面に誘電体多層膜の偏光による屈折率の違
いを利用して、光を全反射あるいは、透過させるものが
多く使われていた。
【0003】これらは、光ファイバ通信用光源モジュー
ルや光ディスク装置用光ヘッド等の光アイソレータを構
成する部品として使われている。
ルや光ディスク装置用光ヘッド等の光アイソレータを構
成する部品として使われている。
【0004】例えば、光ディスク装置用光ヘッドでは、
光ディスク基板からの情報信号を光源である半導体レー
ザに戻すこと無く効率よく受光光源系へ導く光アイソレ
ータ素子として、1/4波長板と組み合わせて使用され
る。
光ディスク基板からの情報信号を光源である半導体レー
ザに戻すこと無く効率よく受光光源系へ導く光アイソレ
ータ素子として、1/4波長板と組み合わせて使用され
る。
【0005】また、光通信用光源モジュールでは、光フ
ァイバコネクタ等からの反射光が光源である半導体レー
ザに再入射するのを防止する光アイソレータとして、光
磁性材料のファラデー効果を利用して偏光を45度回転
させる偏光回転子(ファラデー回転子)と組み合わせて
用いられる。
ァイバコネクタ等からの反射光が光源である半導体レー
ザに再入射するのを防止する光アイソレータとして、光
磁性材料のファラデー効果を利用して偏光を45度回転
させる偏光回転子(ファラデー回転子)と組み合わせて
用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の偏光分離
素子は大型であるという問題点がある。光学的異方性結
晶を用いた偏光素子にしろ光軸に対して45度ないしそ
れ以上に斜めに配した反射鏡界面を持つことから、少な
くとも透過ビーム径のルート2倍の立方体となる。特
に、光ディスク装置用ヘッドに用いる場合には透過ビー
ムが大きいため、従来の偏光素子は一辺が8〜10mm
の立方体となっており、光ディスク装置用ヘッドの大き
さを大きくしている原因のひとつになっている。
素子は大型であるという問題点がある。光学的異方性結
晶を用いた偏光素子にしろ光軸に対して45度ないしそ
れ以上に斜めに配した反射鏡界面を持つことから、少な
くとも透過ビーム径のルート2倍の立方体となる。特
に、光ディスク装置用ヘッドに用いる場合には透過ビー
ムが大きいため、従来の偏光素子は一辺が8〜10mm
の立方体となっており、光ディスク装置用ヘッドの大き
さを大きくしている原因のひとつになっている。
【0007】本発明の目的は、上記従来の偏光素子の難
点を除去し、極めて薄い回折格子型偏光素子を提供する
ことにある。
点を除去し、極めて薄い回折格子型偏光素子を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の回折格子型光偏
光板の構成は、ニオブ酸リチウム結晶板の主面に、周期
を有する所定深さの溝を形成し、その溝を形成した部分
のみに溝の深さ方向に対して垂直にイオン交換領域を形
成し、イオン交換を施した領域とイオン交換を施さない
領域との間で受ける異常光線成分の位相変化を相殺する
ことを特徴とする。
光板の構成は、ニオブ酸リチウム結晶板の主面に、周期
を有する所定深さの溝を形成し、その溝を形成した部分
のみに溝の深さ方向に対して垂直にイオン交換領域を形
成し、イオン交換を施した領域とイオン交換を施さない
領域との間で受ける異常光線成分の位相変化を相殺する
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明の素子においては、ニオブ酸リチウム結
晶の複屈折性と、イオン交換を施すことによる複屈折性
の変化を利用し、常光線成分に関しては、位相変化がπ
となる条件を満たし、また、異常光線成分にたいして
は、位相変化が0となる条件を満たすように溝の深さと
イオン交換層の深さを調整する。これによって本発明の
回折格子型偏光板は常光線成分に対しては効率の高い回
折格子として働き、異常光線成分に対しては単なる位相
シフタとしてのみ機能する回折格子型光偏向素子とな
る。ニオブ酸リチウムの厚みはせいぜい1mm程度と薄
いものが使用できるため、極めて薄い偏光素子が提供で
きる。
晶の複屈折性と、イオン交換を施すことによる複屈折性
の変化を利用し、常光線成分に関しては、位相変化がπ
となる条件を満たし、また、異常光線成分にたいして
は、位相変化が0となる条件を満たすように溝の深さと
イオン交換層の深さを調整する。これによって本発明の
回折格子型偏光板は常光線成分に対しては効率の高い回
折格子として働き、異常光線成分に対しては単なる位相
シフタとしてのみ機能する回折格子型光偏向素子とな
る。ニオブ酸リチウムの厚みはせいぜい1mm程度と薄
いものが使用できるため、極めて薄い偏光素子が提供で
きる。
【0010】また、格子溝の形成は、半導体を形成する
ときのプレーナ技術を用い、特にイオンミリング、イオ
ンエッチング等のドライ加工技術を応用する事が出来る
ことから、製造プロセスも簡単である。
ときのプレーナ技術を用い、特にイオンミリング、イオ
ンエッチング等のドライ加工技術を応用する事が出来る
ことから、製造プロセスも簡単である。
【0011】以下本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【0012】
(実施例 1)図1は本発明の実施例の回折格子型光偏
光素子の斜視図であって、1はニオブ酸リチウム結晶
板、2はイオン(プロトン)交換領域であり、この交換
領域を周期的に形成して回折格子が設けてある。さら
に、該回折格子を透過させる光のうち異常光成分が前記
イオン交換領域で受ける位相変化を相殺させるために、
その手段として、イオン交換を施した領域の表面のみを
所望の深さだけエッチングを施してエッチング溝3が形
成されている。本実施例では、X板のニオブ酸リチウム
結晶に、Z軸方向に周期を有するイオン交換領域と非イ
オン交換領域で構成された回折格子を形成してある。
光素子の斜視図であって、1はニオブ酸リチウム結晶
板、2はイオン(プロトン)交換領域であり、この交換
領域を周期的に形成して回折格子が設けてある。さら
に、該回折格子を透過させる光のうち異常光成分が前記
イオン交換領域で受ける位相変化を相殺させるために、
その手段として、イオン交換を施した領域の表面のみを
所望の深さだけエッチングを施してエッチング溝3が形
成されている。本実施例では、X板のニオブ酸リチウム
結晶に、Z軸方向に周期を有するイオン交換領域と非イ
オン交換領域で構成された回折格子を形成してある。
【0013】異常光線に対する非プロトン交換領域の屈
折率Neは2.17676、プロトン交換に伴う屈折率
変化△Neは+0.09、常光線成分に対する非プロト
ン交換領域の屈折率Noは2.26296、プロトン交
換に伴う屈折率変化△Noは−0.04であった。
折率Neは2.17676、プロトン交換に伴う屈折率
変化△Neは+0.09、常光線成分に対する非プロト
ン交換領域の屈折率Noは2.26296、プロトン交
換に伴う屈折率変化△Noは−0.04であった。
【0014】図2の断面を有し、図1の斜視図に示した
構造の回折格子に入射光4が入射すると、Y軸方向に振
動する偏光成分即ち常光成分は、イオン交換領域の表面
がエッチングされているため(エッチング溝があるた
め)、位相変化は発生せず、回折格子として働かない。
従って、入射光は0次光5として結晶板1を直進通過す
る。一方、入射光のうちZ軸方向に振動する偏光成分す
なわち、異常光成分に対してはイオン交換領域の屈折率
は周期的に異なるため光学的位相格子に入射した事にな
り、1次回折光6となって結晶板1から出射する。
構造の回折格子に入射光4が入射すると、Y軸方向に振
動する偏光成分即ち常光成分は、イオン交換領域の表面
がエッチングされているため(エッチング溝があるた
め)、位相変化は発生せず、回折格子として働かない。
従って、入射光は0次光5として結晶板1を直進通過す
る。一方、入射光のうちZ軸方向に振動する偏光成分す
なわち、異常光成分に対してはイオン交換領域の屈折率
は周期的に異なるため光学的位相格子に入射した事にな
り、1次回折光6となって結晶板1から出射する。
【0015】同様に図2において、入射光としてP偏光
7即ち異常光成分と、S偏光8即ち異常光成分を回折格
子に入射するとP偏光光は回折してS偏光光は回折され
ずに直進するため、光を偏光成分毎に分離する機能が生
じる。
7即ち異常光成分と、S偏光8即ち異常光成分を回折格
子に入射するとP偏光光は回折してS偏光光は回折され
ずに直進するため、光を偏光成分毎に分離する機能が生
じる。
【0016】ここで、光利用効率の高い光偏光板を得る
ためには、下記の数1,数2を満たす設計諸元となるよ
うに回折格子型光偏光素子を形成すれば良い。即ち異常
光線成分にたいしてイオン交換領域を通過する光線と非
イオン交換領域を通過する光線の位相差が0となる条件
ためには、下記の数1,数2を満たす設計諸元となるよ
うに回折格子型光偏光素子を形成すれば良い。即ち異常
光線成分にたいしてイオン交換領域を通過する光線と非
イオン交換領域を通過する光線の位相差が0となる条件
【0017】
【数1】Net=t+△Ned 常光線成分にたいしてイオン交換領域を通過する光線と
非イオン交換領域を通過する光線の位相差がπとなる条
件を同時に満たせば良い。
非イオン交換領域を通過する光線の位相差がπとなる条
件を同時に満たせば良い。
【0018】
【数2】(No−1)t−△Not=λ/2 λ:波長 ここで図2に示した様に、dはプロトン交換領域の深
さ、tはエッチング溝の深さである。本実施例の場合、
dは約3μm、tは0.229μmとなる。
さ、tはエッチング溝の深さである。本実施例の場合、
dは約3μm、tは0.229μmとなる。
【0019】次に、上記格子の製造方法を図3により説
明する。
明する。
【0020】ニオブ酸リチウム結晶基板1にプロトン交
換を行う際のマスクとするための金属Cr膜9を形成
し、この上にホトレジスト10を塗布し、所定の回折格
子パターンが得られるように、ホトリソグラフィにより
ホトレジスト膜を紫外線露光、現像する。次に、得られ
たホトレジストパターンをマスクにして、金属Cr膜を
ウェットエッチングまたはドライエッチングによりレジ
ストパターンを転写する。次に、レジスト及びCrパタ
ーンをマスクにしてイオンミリング、あるいは反応性イ
オンエッチングによりニオブ酸リチウム結晶表面をエッ
チングしてエッチング溝を形成する。レジストを除去し
た後、Crパターンをマスクにして安息香酸中に浸して
プロトン交換を行い、最後に金属Crをウェットエッチ
ングにより除去して回折格子型光偏光素子を形成する。
換を行う際のマスクとするための金属Cr膜9を形成
し、この上にホトレジスト10を塗布し、所定の回折格
子パターンが得られるように、ホトリソグラフィにより
ホトレジスト膜を紫外線露光、現像する。次に、得られ
たホトレジストパターンをマスクにして、金属Cr膜を
ウェットエッチングまたはドライエッチングによりレジ
ストパターンを転写する。次に、レジスト及びCrパタ
ーンをマスクにしてイオンミリング、あるいは反応性イ
オンエッチングによりニオブ酸リチウム結晶表面をエッ
チングしてエッチング溝を形成する。レジストを除去し
た後、Crパターンをマスクにして安息香酸中に浸して
プロトン交換を行い、最後に金属Crをウェットエッチ
ングにより除去して回折格子型光偏光素子を形成する。
【0021】ニオブ酸リチウム結晶にプロトン交換を施
す方法は、光導波路を形成する方法として良く知られて
おり、例えば250℃程度に暖めた安息香酸中にニオブ
酸リチウム結晶を3時間程度浸すと3μm程度の深さの
プロトン交換層が形成される。更に、温度と時間を増加
させると交換深さを5μm程度まで増加させる事が出来
る。安息香酸単体を用いても良いが、安息香酸リチウム
を安息香酸の中にある程度配合して、拡散深さ、拡散ス
ピードをコントロールするのが精度の高い格子を得るの
に適している。
す方法は、光導波路を形成する方法として良く知られて
おり、例えば250℃程度に暖めた安息香酸中にニオブ
酸リチウム結晶を3時間程度浸すと3μm程度の深さの
プロトン交換層が形成される。更に、温度と時間を増加
させると交換深さを5μm程度まで増加させる事が出来
る。安息香酸単体を用いても良いが、安息香酸リチウム
を安息香酸の中にある程度配合して、拡散深さ、拡散ス
ピードをコントロールするのが精度の高い格子を得るの
に適している。
【0022】以上述べた方法により形成した回折格子型
光偏光素子は、常光、異常光成分の分離機能として30
dB以上の消光比が得られる事が確認された。
光偏光素子は、常光、異常光成分の分離機能として30
dB以上の消光比が得られる事が確認された。
【0023】(実施例 2)実施例1の回折格子型光偏
光素子の光ディスク装置用光ヘッドへの適用例を述べ
る。
光素子の光ディスク装置用光ヘッドへの適用例を述べ
る。
【0024】図4は、光ヘッドの構成を示したものであ
り、ニオブ酸リチウム結晶板にはサーボ信号、情報信号
検出用回折格子である回折格子型光偏光素子の機能を有
した光偏光素子が形成されている。
り、ニオブ酸リチウム結晶板にはサーボ信号、情報信号
検出用回折格子である回折格子型光偏光素子の機能を有
した光偏光素子が形成されている。
【0025】半導体レーザ10より出射したS偏光光
は、コリメータレンズ11により平行光束になり、3ス
ポット形成用回折格子12に入射した後、本発明の回折
格子型光偏光素子13に入射する。この偏光素子におい
ては、S偏光光は回折されずに単に透過する。透過光は
1/4λ板14により円偏光となり、対物レンズ15に
より光ディスク16面上にスポットを形成する。一方、
光ディスクで反射した光は、1/4λ板14でP偏光光
に変換され、回折格子型光偏光機能を有しかつ非点収差
を与えるように楕円パターンの集合体であるホログラム
光偏光素子13で回折されて、サーボ検出用ホトダイオ
ード17上に集光される。
は、コリメータレンズ11により平行光束になり、3ス
ポット形成用回折格子12に入射した後、本発明の回折
格子型光偏光素子13に入射する。この偏光素子におい
ては、S偏光光は回折されずに単に透過する。透過光は
1/4λ板14により円偏光となり、対物レンズ15に
より光ディスク16面上にスポットを形成する。一方、
光ディスクで反射した光は、1/4λ板14でP偏光光
に変換され、回折格子型光偏光機能を有しかつ非点収差
を与えるように楕円パターンの集合体であるホログラム
光偏光素子13で回折されて、サーボ検出用ホトダイオ
ード17上に集光される。
【0026】本実施例の光ヘッドでは、レーザからの出
射光はまず3スポット形成用回折格子12に入射して光
ディスク面上でトラック溝を跨ぐ3スポットを形成し、
いわゆる3スポット法によりトラッキング誤差信号を検
出する。また、フォーカス誤差信号は、非点収差法によ
り検出される。
射光はまず3スポット形成用回折格子12に入射して光
ディスク面上でトラック溝を跨ぐ3スポットを形成し、
いわゆる3スポット法によりトラッキング誤差信号を検
出する。また、フォーカス誤差信号は、非点収差法によ
り検出される。
【0027】ここで、光偏光機能を有したホログラムで
回折されるのは、光ディスクからの反射光のみである事
から、従来に比較してロスの少ない光ヘッド光学系とな
る。また、従来の偏光ビームスプリッタに比較して、小
型の素子となるため光ヘッドの重量、大きさを低減する
事が出来る。
回折されるのは、光ディスクからの反射光のみである事
から、従来に比較してロスの少ない光ヘッド光学系とな
る。また、従来の偏光ビームスプリッタに比較して、小
型の素子となるため光ヘッドの重量、大きさを低減する
事が出来る。
【0028】なお本発明は、レンズを2個用いる無限系
の光ヘッドに関して述べたが、レンズを対物レンズのみ
にした図5に示した有限系の光ヘッドにおいても同様の
効果を得ることができる。有限系の光ヘッドの場合、光
偏光素子の溝深さ及びイオン交換層の深さはいずれも均
一ではなく、光軸からずれるに従って徐々にその深さは
浅くなっている。
の光ヘッドに関して述べたが、レンズを対物レンズのみ
にした図5に示した有限系の光ヘッドにおいても同様の
効果を得ることができる。有限系の光ヘッドの場合、光
偏光素子の溝深さ及びイオン交換層の深さはいずれも均
一ではなく、光軸からずれるに従って徐々にその深さは
浅くなっている。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば薄く
て小型の光偏光素子を得ることができ、さらにニオブ酸
リチウム結晶基板を用い半導体プロセス技術により素子
を加工する事が出来るため、安価に安定した品質の素子
を大量に供給することが出来る。
て小型の光偏光素子を得ることができ、さらにニオブ酸
リチウム結晶基板を用い半導体プロセス技術により素子
を加工する事が出来るため、安価に安定した品質の素子
を大量に供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の回折格子型光偏光素子の斜視
図である。
図である。
【図2】その断面図である。
【図3】光偏光素子を製造するときのプロセスを示した
図である。
図である。
【図4】本発明の光偏光素子を光ディスク装置用光ヘッ
ドに応用したときの光ヘッドの構成図である。
ドに応用したときの光ヘッドの構成図である。
【図5】同構成図である。
1…ニオブ酸リチウム結晶板、2…イオン交換領域、3
…エッチング溝、4…入射光、5…0次光、6…1次回
折光、10…半導体レーザ、11…コリメータレンズ、
13…光偏光素子、15…対物レンズ、16…光ディス
ク、18…不均一溝深さ光偏光素子。
…エッチング溝、4…入射光、5…0次光、6…1次回
折光、10…半導体レーザ、11…コリメータレンズ、
13…光偏光素子、15…対物レンズ、16…光ディス
ク、18…不均一溝深さ光偏光素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 顕知 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】ニオブ酸リチウム結晶板に周期を有する所
定深さの溝を形成し、その溝を形成下部分のみに溝の深
さ方向に対して垂直にイオン交換領域を形成し、イオン
交換を施した領域とイオン交換を施さない領域との間で
受ける位相変化を相殺することを特徴とした回折格子型
光偏光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP820592A JPH05196813A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 回折格子型光偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP820592A JPH05196813A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 回折格子型光偏光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05196813A true JPH05196813A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11686751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP820592A Pending JPH05196813A (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 回折格子型光偏光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05196813A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0627322A (ja) * | 1992-04-08 | 1994-02-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子およびそれを用いた光情報処理装置および光学素子の製造方法 |
WO1997031371A1 (fr) * | 1996-02-23 | 1997-08-28 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Excitation optique et element optique correspondant |
JP2003043256A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Ricoh Co Ltd | 偏光分離素子、およびレーザーユニット光源 |
CN100365442C (zh) * | 1996-02-23 | 2008-01-30 | 东洋通信机株式会社 | 光拾取器及其光学元件 |
-
1992
- 1992-01-21 JP JP820592A patent/JPH05196813A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US6052353A (en) * | 1996-02-23 | 2000-04-18 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Double refraction plate with refractive grating pattern around a centerally disposed transparent region to allow the passage of either an ordinary ray or an extraordinary ray |
CN100365442C (zh) * | 1996-02-23 | 2008-01-30 | 东洋通信机株式会社 | 光拾取器及其光学元件 |
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