オール光ファイバ形熱レンズ計測装置の試作と環境汚染物質の高感度その場への応用

• Project/Area Number: 07780479
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 環境保全
• Research Institution: Osaka Sangyo University
• Principal Investigator: 矢来 篤史 大阪産業大学, 工学部, 助手 (30240138)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1995: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 光ファイバーセンサ / 熱レンズ分光法 / 光熱効果 / 環境計測 / レーザー応用計測

Research Abstract

本研究の目的は、オール光ファイバ型熱レンズ計測装置を試作し、これを環境計測センサに応用することである。本年度は主として、オール光ファイバで熱レンズ測定部が構成されたセンサの開発と、その検出感度等の評価を行った。具体的には、まず、熱レンズ測定部の構成を検討し、実際の検出部を試作した。つぎに、光ファイバにレーザー光源を接続し、光学測定系を構築した。また、電気測定系も整備し、実験準備を完了した。
本研究における実施内容と得られた知見は下記の通りである。(1)まず、光学的位置調整機構が取りつけられた2本の先球加工ファイバ(10/125 SM、ファイバ先球半径15μm)を互いに対向させ、これを純水中に沈めた。つぎに、ファイバに励起レーザー光(窒素レーザー励起色素レーザー、pulse光)および、検出レーザー光(Laser-diode、cw光)導入した。検出レーザー光の透過光をpin-photodiodeで検出した結果、励起光に同期してこの光量が変化する現象をとらまえた。さらに、同調節機構を用いて基礎特性を測定し、その結果を検討した結果、この現象は熱レンズによるものであることがわかった。(2)測定の再現性を検討した結果、透明液体の場合、良好な再現性が得られた。しかし、混濁した溶液の場合、現在のところ再現性に問題があることがわかった。この問題は検出部を改良することにより改善されるものと思われる。(3)透明液体における検出感度を検討した。一例として、純水に極微量のカルシウムイオンを定量的に添加して測定を行った。その結果、現在のところ数10ppmの検出感度が得られている。
測定装置として残された問題点も多くあるが、いずれも技術的に解決できるものと考えられる。また、色素レーザー波長を可変させ、不純物溶液の吸収波長に合わせることにより、劇的な検出感度向上をはかれるものと思われる。なお、研究成果については、近い将来発表する予定である。