JPH02244782A - 周波数安定化半導体レーザー装置 - Google Patents
周波数安定化半導体レーザー装置Info
- Publication number
- JPH02244782A JPH02244782A JP6549289A JP6549289A JPH02244782A JP H02244782 A JPH02244782 A JP H02244782A JP 6549289 A JP6549289 A JP 6549289A JP 6549289 A JP6549289 A JP 6549289A JP H02244782 A JPH02244782 A JP H02244782A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- output
- photodetector
- fabry
- light
- Prior art date
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- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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〉
この発明は、半導体レーザーを制御してその出力光の周
波数を安定化する周波数安定化半導体レーザー装置に関
し、特に周波数の安定化と発振スペクトルの狭帯域化と
を同時に実現出来る周波数安定化半導体レーザー装置に
関するものである。
波数を安定化する周波数安定化半導体レーザー装置に関
し、特に周波数の安定化と発振スペクトルの狭帯域化と
を同時に実現出来る周波数安定化半導体レーザー装置に
関するものである。
〈従来技術〉
半導体レーザーは小型でかつ信頼性が高いという特徴が
あるが、その出力の周波数が周囲条件等によって変化し
、また光スペクトルの半値幅が広いという欠点がある。
あるが、その出力の周波数が周囲条件等によって変化し
、また光スペクトルの半値幅が広いという欠点がある。
第6図でこの様な半導体レーザーの欠点を改良する波長
安定化装置を説明する。第6図において、半導体レーザ
ーL Dは恒温槽に入れられ、その周囲温度が制御され
る。恒温槽は温度コントローラ1゛Cで制御される。こ
の半導体レーザーLDの出力光はレンズLで集束され、
ハーフミラ−HMで2つに分岐される。ハーフミラ−H
Mの透過光は出力光として外部に出力され、反射光は1
/2λ波長板Zを透過して偏光ビームスプリッタPBS
に入射され、2つに分岐される。
安定化装置を説明する。第6図において、半導体レーザ
ーL Dは恒温槽に入れられ、その周囲温度が制御され
る。恒温槽は温度コントローラ1゛Cで制御される。こ
の半導体レーザーLDの出力光はレンズLで集束され、
ハーフミラ−HMで2つに分岐される。ハーフミラ−H
Mの透過光は出力光として外部に出力され、反射光は1
/2λ波長板Zを透過して偏光ビームスプリッタPBS
に入射され、2つに分岐される。
分岐された一方の光は第1の光電変換素子PDIでその
強度が電気信号に変換され、第1の#!I幅器G1で増
幅され、この第1の増幅器G1の出力は積分器Bに入力
される。偏光ビームスプリッタPB、 Sで分岐された
他方の光はフアブリペロー干渉計等の波長選択素子Eに
入射され、その透過光は第2の充電変換素子PD2で電
気信号に変換されて積分器Bに入力される。積分器Bは
入力された2つの光電変換素子の信号の差を積分する。
強度が電気信号に変換され、第1の#!I幅器G1で増
幅され、この第1の増幅器G1の出力は積分器Bに入力
される。偏光ビームスプリッタPB、 Sで分岐された
他方の光はフアブリペロー干渉計等の波長選択素子Eに
入射され、その透過光は第2の充電変換素子PD2で電
気信号に変換されて積分器Bに入力される。積分器Bは
入力された2つの光電変換素子の信号の差を積分する。
積分器Bの出力は第2の増幅器G2で増幅され、その出
力は半導体レーザーLDの駆動電流を制御してその出力
光の波長を変化させる。この様な構成では、半導体レー
ザーL Dの出力光の波長を波長選択素子Eの透過光強
度の波長特性のスロープの位置に制御するので、その波
長を安定化する事が出来る。また、半導体レーザーLD
の出力光を2つに分岐し、波長選択素子Eを透過した光
と透過しない光の差で半導体レーザーLDを制御するよ
うにしなので、半導体レーザーLDの出力光強度が変化
しても動作点がずれないという特徴もある。
力は半導体レーザーLDの駆動電流を制御してその出力
光の波長を変化させる。この様な構成では、半導体レー
ザーL Dの出力光の波長を波長選択素子Eの透過光強
度の波長特性のスロープの位置に制御するので、その波
長を安定化する事が出来る。また、半導体レーザーLD
の出力光を2つに分岐し、波長選択素子Eを透過した光
と透過しない光の差で半導体レーザーLDを制御するよ
うにしなので、半導体レーザーLDの出力光強度が変化
しても動作点がずれないという特徴もある。
〈発明が解決すべき課題〉
しかしながら、このような半導体レーザーの波長安定化
装置には次のような課題がある。波長選択素子としては
フアブリペロー干渉計又はRbのような特定の波長の光
のみ吸収する標準物質を封入した吸収セル等を用いるが
、フアブリペロー干渉計を使用する場合光スペクトルの
狭帯域化を行うことは出来るが、その透過光の強度特性
は2つの半透鏡の間隔によって決まるので長期的に安定
化する事は困難であった。また光の速度は空気の屈折率
によって変化するので、周波数を安定化する事が出来な
かった。一方、吸収セルは原子の吸収特性を利用してい
るので長期的な安定性は十分あるが、吸収セル自身がノ
イズを発生するので出力光のスペクトルを狭帯域化する
ことが出来なかった。
装置には次のような課題がある。波長選択素子としては
フアブリペロー干渉計又はRbのような特定の波長の光
のみ吸収する標準物質を封入した吸収セル等を用いるが
、フアブリペロー干渉計を使用する場合光スペクトルの
狭帯域化を行うことは出来るが、その透過光の強度特性
は2つの半透鏡の間隔によって決まるので長期的に安定
化する事は困難であった。また光の速度は空気の屈折率
によって変化するので、周波数を安定化する事が出来な
かった。一方、吸収セルは原子の吸収特性を利用してい
るので長期的な安定性は十分あるが、吸収セル自身がノ
イズを発生するので出力光のスペクトルを狭帯域化する
ことが出来なかった。
〈発明の目的〉
この発明の目的は、周波数の安定化と出力光のスペクト
ルの狭帯域化が同時に行える周波数安定化半導体レーザ
ー装置を提供する事にある。
ルの狭帯域化が同時に行える周波数安定化半導体レーザ
ー装置を提供する事にある。
く課題を解決する為の手段〉
前記課題を解決する為に本発明は、半導体レーザーの出
力光を吸収セルとフアブリペロー干渉計に入射し、この
吸収セル及びフアブリペロー干渉計の透過光の強度を第
1の光検出器、第2の光検出器で検出して、これらの検
出器の出力に基づいて制御手段により前記半導体レーザ
ーの出力光の周波数を制御する構成であって、前記第1
の光検出器の出力を低周波数帯域に制限して前記制御手
段に入力すると共に、前記第2の光検出器の出力を高周
波数帯域に制限して前記制御手段に入力するようにした
ものである。
力光を吸収セルとフアブリペロー干渉計に入射し、この
吸収セル及びフアブリペロー干渉計の透過光の強度を第
1の光検出器、第2の光検出器で検出して、これらの検
出器の出力に基づいて制御手段により前記半導体レーザ
ーの出力光の周波数を制御する構成であって、前記第1
の光検出器の出力を低周波数帯域に制限して前記制御手
段に入力すると共に、前記第2の光検出器の出力を高周
波数帯域に制限して前記制御手段に入力するようにした
ものである。
〈実施例〉
第1図に本発明に1系る周波数安定化半導体レーサー装
置の一実施例を示す、第1図において、1は半導体レー
ザーであり、恒温槽2内に配置されている。この恒温′
!R2は温度制御器3により、その内部の温度が精密に
制御される。4はアイソレータであり、レンズによって
平行化された半導体レーザー1の出力光が入力される。
置の一実施例を示す、第1図において、1は半導体レー
ザーであり、恒温槽2内に配置されている。この恒温′
!R2は温度制御器3により、その内部の温度が精密に
制御される。4はアイソレータであり、レンズによって
平行化された半導体レーザー1の出力光が入力される。
アイソレータ・1は戻り光を遮断して半導体レーザー1
を安定に動作させるために用いる。5はハーフミラーテ
アリ、アイソレータ4の透過光が入射され、この光を2
つに分1技する。6はハーフミラ−であり、ハーフミラ
−5を透過した光が入射され、この光を2つに分岐する
。ハーフミラ−6を透過した光は出力光として外部に出
力される。7はハーフミラ−であり、ハーフミラ−6で
反射した光が入射され、この光を2つに分岐する。8は
吸収セルであり、ハーフミラ−7を透過した光が入射さ
れる。
を安定に動作させるために用いる。5はハーフミラーテ
アリ、アイソレータ4の透過光が入射され、この光を2
つに分1技する。6はハーフミラ−であり、ハーフミラ
−5を透過した光が入射され、この光を2つに分岐する
。ハーフミラ−6を透過した光は出力光として外部に出
力される。7はハーフミラ−であり、ハーフミラ−6で
反射した光が入射され、この光を2つに分岐する。8は
吸収セルであり、ハーフミラ−7を透過した光が入射さ
れる。
吸収セル8の内部にはI’N bのような特定の周波数
の光を吸収する標準物質が封入されている。吸収セル8
は温度によってその吸収強度が変化しないように恒温I
!9内に配置され、その温度を一定にする。この恒温槽
9は温度制御器104.、:より制御される。11は第
1の光検出器であり、吸収セル8の透過光が入射され、
その光強度を電気信号に変換する。12はローパスフィ
ルタであり、第1の光検出器11の出力が入力される。
の光を吸収する標準物質が封入されている。吸収セル8
は温度によってその吸収強度が変化しないように恒温I
!9内に配置され、その温度を一定にする。この恒温槽
9は温度制御器104.、:より制御される。11は第
1の光検出器であり、吸収セル8の透過光が入射され、
その光強度を電気信号に変換する。12はローパスフィ
ルタであり、第1の光検出器11の出力が入力される。
13は制御手段であり、ローパスフィルタ12の出力が
入力される。制御手段13の出方はAC結合により半導
体レーザー1に入力され、その注入電流を制御する。1
4はフアブリペロー干渉計であり、ハーフミラ−5で反
射した光が入射される。15は第2の光検出器であり、
フアブリペロー干渉計14の透過光が入射され、その光
強度を電気信号に変換する。16はバイパスフィルタで
あり第2の光検出器15の出力が入力される。バイパス
フィルタ16の出力は制御手段13に入力される。17
は光検出器であり、ハーフミラ−7で反射された尤が入
射され、その光強度を電気信号に変換する。
入力される。制御手段13の出方はAC結合により半導
体レーザー1に入力され、その注入電流を制御する。1
4はフアブリペロー干渉計であり、ハーフミラ−5で反
射した光が入射される。15は第2の光検出器であり、
フアブリペロー干渉計14の透過光が入射され、その光
強度を電気信号に変換する。16はバイパスフィルタで
あり第2の光検出器15の出力が入力される。バイパス
フィルタ16の出力は制御手段13に入力される。17
は光検出器であり、ハーフミラ−7で反射された尤が入
射され、その光強度を電気信号に変換する。
光検出器17の出力は制御手段13に入力されす。
制御手段13はローパスフィルタ12とバイパスフィル
タ16の出力を加算した信号から光検出器17の出力を
減算した信号に基づいて半導体レーザー1を制御する。
タ16の出力を加算した信号から光検出器17の出力を
減算した信号に基づいて半導体レーザー1を制御する。
次に、この実施例の動作を説明する。半導体レーザー1
の出力光はハーフミラ−5,6,7で4つに分岐され、
それらはフアブリペロー干渉計14、吸収セル8、光検
出器17に入射され、また外部に出力される。吸収セル
8は特定の周波数の光のみ吸収し、ファブリへロー干渉
計14は特定の周波数の光のみ透過させるので、これら
の透過光強度が一定になるように半導体レーザー1の注
入電流等を制御してその出力光の周波数を変化させるこ
とにより、その周波数を−・定に制御する。
の出力光はハーフミラ−5,6,7で4つに分岐され、
それらはフアブリペロー干渉計14、吸収セル8、光検
出器17に入射され、また外部に出力される。吸収セル
8は特定の周波数の光のみ吸収し、ファブリへロー干渉
計14は特定の周波数の光のみ透過させるので、これら
の透過光強度が一定になるように半導体レーザー1の注
入電流等を制御してその出力光の周波数を変化させるこ
とにより、その周波数を−・定に制御する。
この実施例では、吸収セル8の透過光強度を表わす第1
の光検出器11の出力をローパスフィルタ12でその高
周波成分をカットし、またファブリベロ−干渉計14の
透過光強度を表わす第2の光検出器15の出力をバイパ
スフィルタ16でその低周波成分をカットしてこれらの
和信号により半導体レーザー1を制御しているので、短
周期の制御はフアブリペロー干渉計14により行われ、
長周期の制御は吸収セル8によって行われる。その為、
吸収セル8が発生ずるノイズ及びフアブリペロー干渉計
14の半透鏡の間隔や空気の屈折率が変化する事による
透過特性の変動による彩りを除去することが出来、光ス
ペクトルの狭帯域化と周波数の変動の抑制が同時に行え
る6例えば、フアブリペロー干渉計のみで周波数安定度
を10−8にするためには、フアブリペロー干渉計14
のスペーサとしてZERODUR等の低膨脹係数の材料
を用いたとしても温度変動を±0.2°C以下にしなけ
ればならず、エアギャップエタロンでは空気の屈折率変
動を押さえるために±0.01°C以下に制御しな(う
ればならない、しかしながら、この実施例て゛は長期的
な安定性は吸収セル8によって制御されるので、フアブ
リペロー干渉刷14は第2図に示す透過光のビーク18
の肩の部分にあればよいから、肩の部分に相当するΔf
程度の変動は許される0通常のファブリペロ−T渉計で
はこのΔf′は400 M H7,程度あるので、1.
1xio’の安定度があればよい。この為には、低v6
服率材料を用いたとすると±21゛C程度の温度変動は
許容され、エアギャップエタロンでも±1°Cの制御を
行えばよい。
の光検出器11の出力をローパスフィルタ12でその高
周波成分をカットし、またファブリベロ−干渉計14の
透過光強度を表わす第2の光検出器15の出力をバイパ
スフィルタ16でその低周波成分をカットしてこれらの
和信号により半導体レーザー1を制御しているので、短
周期の制御はフアブリペロー干渉計14により行われ、
長周期の制御は吸収セル8によって行われる。その為、
吸収セル8が発生ずるノイズ及びフアブリペロー干渉計
14の半透鏡の間隔や空気の屈折率が変化する事による
透過特性の変動による彩りを除去することが出来、光ス
ペクトルの狭帯域化と周波数の変動の抑制が同時に行え
る6例えば、フアブリペロー干渉計のみで周波数安定度
を10−8にするためには、フアブリペロー干渉計14
のスペーサとしてZERODUR等の低膨脹係数の材料
を用いたとしても温度変動を±0.2°C以下にしなけ
ればならず、エアギャップエタロンでは空気の屈折率変
動を押さえるために±0.01°C以下に制御しな(う
ればならない、しかしながら、この実施例て゛は長期的
な安定性は吸収セル8によって制御されるので、フアブ
リペロー干渉刷14は第2図に示す透過光のビーク18
の肩の部分にあればよいから、肩の部分に相当するΔf
程度の変動は許される0通常のファブリペロ−T渉計で
はこのΔf′は400 M H7,程度あるので、1.
1xio’の安定度があればよい。この為には、低v6
服率材料を用いたとすると±21゛C程度の温度変動は
許容され、エアギャップエタロンでも±1°Cの制御を
行えばよい。
第3図に半導体レーザー1、第1、第2の光検出器11
.15、光検出器17、ロー・・バスフィルタ12、バ
イパスフィルタ16、制御手段13の具体的な構成の一
例を示す、なお、第1図と同じ要素には同一符号を付し
、説明を省略する。第3図において、光検出器17の出
力は増幅器19で反転増幅され、第1の光検出器11の
出力と加算される。ローパスフィルタ12は増幅器20
とその帰還側に接続された抵抗及びコンデンサにより構
成されている。また、第2の光検出器15の出力は増幅
器21とコンデンサで構成されたバイパスフィルタ16
に人力される。バイパスフィルタ16とローパスフィル
タ12の出力は2つのトランジスタで構成された制御手
段13に入力され、半導体レーザー1の注入電流を制御
する。半導体レーザー1はローパスフィルタ12とバイ
パスフィルタ16の加算出力で駆動される。第4図にさ
らに他の実施例を示す。光検出器17の出力は増幅器1
9で反転増幅され、第1の光検出器11の出力と共にロ
ーパスフィルタ12に人力される。
.15、光検出器17、ロー・・バスフィルタ12、バ
イパスフィルタ16、制御手段13の具体的な構成の一
例を示す、なお、第1図と同じ要素には同一符号を付し
、説明を省略する。第3図において、光検出器17の出
力は増幅器19で反転増幅され、第1の光検出器11の
出力と加算される。ローパスフィルタ12は増幅器20
とその帰還側に接続された抵抗及びコンデンサにより構
成されている。また、第2の光検出器15の出力は増幅
器21とコンデンサで構成されたバイパスフィルタ16
に人力される。バイパスフィルタ16とローパスフィル
タ12の出力は2つのトランジスタで構成された制御手
段13に入力され、半導体レーザー1の注入電流を制御
する。半導体レーザー1はローパスフィルタ12とバイ
パスフィルタ16の加算出力で駆動される。第4図にさ
らに他の実施例を示す。光検出器17の出力は増幅器1
9で反転増幅され、第1の光検出器11の出力と共にロ
ーパスフィルタ12に人力される。
第2の光検出器15の出力はコンデンサ22で低周波成
分がカットされ、増幅器23でローパスフィルタ12の
出力と加算されて制御手段13に入力される。
分がカットされ、増幅器23でローパスフィルタ12の
出力と加算されて制御手段13に入力される。
なお、第5図に示すように、吸収セルの透過光特性のピ
ーク24の単調変化部分子いに半導体レーザー1の出力
光の周波数をロックするようにすると周波数の変化が光
強度の変化に変換されるので、ロックインアンプ等の装
置を使わずに簡単な装置で周波数を安定化することが出
来る。
ーク24の単調変化部分子いに半導体レーザー1の出力
光の周波数をロックするようにすると周波数の変化が光
強度の変化に変換されるので、ロックインアンプ等の装
置を使わずに簡単な装置で周波数を安定化することが出
来る。
また、ローパスフィルタ12、バイパスフィルタ16、
制御手段13は一体にして構成してらよい。
制御手段13は一体にして構成してらよい。
〈発明の効果〉
以り1=実施例に基づいて具体的に説明したように、こ
の発明では半導体レーザーの出力光を吸収セル及びフア
ブリペロー干渉計に入射し、吸収セルの透過光強度18
号を17−バスフィルタを通した信号と2フアプリベロ
ー干渉計の透過光強度信号をバイパスフィルタに通した
信号により、前記半導体レーザーを制御するようにした
。その為、光スペクトルの狭帯域化と周波数の安定化が
同時に出来るという効果がある。
の発明では半導体レーザーの出力光を吸収セル及びフア
ブリペロー干渉計に入射し、吸収セルの透過光強度18
号を17−バスフィルタを通した信号と2フアプリベロ
ー干渉計の透過光強度信号をバイパスフィルタに通した
信号により、前記半導体レーザーを制御するようにした
。その為、光スペクトルの狭帯域化と周波数の安定化が
同時に出来るという効果がある。
また、フアブリペロー干渉計の温度制御を厳密にする必
要がないので、装置の構成が簡単になるという効果もあ
る。
要がないので、装置の構成が簡単になるという効果もあ
る。
第1図は本発明に係る周波数安定化半導体レーザー装置
の一実施例を示す構成図、第2図はフアブリペロー干渉
計の特性を示す特性曲線図、第3図及び第4図は具体的
な構成を示す図、第5図は吸収セルの特性を示す特性曲
線図、第6図は従来の波長安定化半導体レーザー装置の
構成を示す構成図である。 1・・・半導体レーザー、5〜7・・・ハーフミラ−8
・・・吸収セル、11・・・第1の光検出器、12・・
・ローパスフィルタ、13・・・制御手段、14・・・
フアブリペロー干渉計、15・・・第2の光検出器、1
6・・・バイパスフィルタ、17・・・光検出器。 第3図 ’、’、’E 2 T! よる安定化周波数
の一実施例を示す構成図、第2図はフアブリペロー干渉
計の特性を示す特性曲線図、第3図及び第4図は具体的
な構成を示す図、第5図は吸収セルの特性を示す特性曲
線図、第6図は従来の波長安定化半導体レーザー装置の
構成を示す構成図である。 1・・・半導体レーザー、5〜7・・・ハーフミラ−8
・・・吸収セル、11・・・第1の光検出器、12・・
・ローパスフィルタ、13・・・制御手段、14・・・
フアブリペロー干渉計、15・・・第2の光検出器、1
6・・・バイパスフィルタ、17・・・光検出器。 第3図 ’、’、’E 2 T! よる安定化周波数
Claims (1)
- 半導体レーザーと、この半導体レーザーの出力光が入射
される吸収セルと、この吸収セルの透過光の強度を検出
する第1の光検出器と、前記半導体レーザーの出力光が
入射されるフアブリペロー干渉計と、このフアブリペロ
ー干渉計の透過光の強度を検出する第2の光検出器と、
この第2の光検出器及び前記第1の光検出器の出力が入
力され前記半導体レーザーの出力光の周波数を制御する
制御手段とを有し、前記第1の光検出器の出力を低周波
数帯域に制限して前記制御手段に入力すると共に、前記
第2の光検出器の出力を高周波数帯域に制限して前記制
御手段に入力するようにしたことを特徴とする周波数安
定化半導体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065492A JP2687557B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 周波数安定化半導体レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065492A JP2687557B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 周波数安定化半導体レーザー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02244782A true JPH02244782A (ja) | 1990-09-28 |
| JP2687557B2 JP2687557B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=13288647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1065492A Expired - Fee Related JP2687557B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 周波数安定化半導体レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687557B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0818857A1 (en) * | 1996-07-11 | 1998-01-14 | Nec Corporation | Semiconductor laser unit having a function of stabilizing an optical output and a wavelength |
| FR2828595A1 (fr) * | 2001-06-14 | 2003-02-14 | Ando Electric | Dispositif source laser accordable commande en temperature |
| WO2002031933A3 (en) * | 2000-10-10 | 2003-08-14 | Fiberspace Inc | Method and system for locking transmission wavelengths for lasers in a dense wavelength division multiplexer utilizing a tunable etalon |
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1989
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