石英光ファイバ表面の高温照削現象の解明と光制御技術への応用に関する研究

• Project/Area Number: 23560407
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 勝山 豊 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (00295726)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2013: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000); Fiscal Year 2012: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2011: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 長周期光ファイバグレーティング / 光ファイバセンサ / CO2レーザ / 分布センサ / 温度センサ / レーザ加工 / 照削

Research Abstract

本研究は、石英光ファイバにCO_2レーザ光を照射すると、ファイバ表面が削られる(照削とよぶ)現象の基礎的事項の明確化とその応用を検討するものである。石英の加熱と照削量の基礎検討については、照削に必要なCO_2レーザの最小エネルギーが存在することを実験的に明らかにし、その最小エネルギー値として0.23J/mmを得た。また、LPFGの多重に照削による共振波長λrのシフトを利用するが、照削によりλrが短波長側にシフトする原因は解明されていなかった。これを明確にするため、λrの外部媒体屈折率依存性を測定する新しい手法(温度スキャン法)を提案し、照削によりクラッドの屈折率が増加することを初めて明確にした。非照削部分は昇華点近くまで加熱された後に急冷され、密度上昇により屈折率が増加したものと推定できる。
照削の応用では、前述した外部屈折率依存性を評価する新しい温度スキャン法により、外部媒体の屈折率をセンシングできることが分かったため、この応用を新しく立ち上げた。すなわち、薦糖を発酵させてエタノールを作成する過程で必要になるエタノール濃度センシングを検討し、作成したLPFGでセンシング可能なことを明らかにした。また、LPRGにより温度分布を測定する研究を行った。照削により共振波長λrをシフトさせ、複数のλrを多重させる計画であったが、災害対策技術が強く要求される社会的状況に鑑み、原子力発電所など設備の高温異常部を検出する目的に特化させ、グレーティングピッチAを変化させ、10波長を多重した高温分布測定用LPFGを作成した。副ピークが現れる悪影響があるピッチでは、グレーティングの幅を広くする書込み法により、副ピークを抑制したLPFGを作成し、10波長多重LPFGを作成できた。隣接するLPFGに異なる温度を与え、温度差が100℃の場合にピークが重なることなくλrが測定でき、本多重LPFGにより100℃以上の温度差を検出司能であることを明らかにした。

Research Products

• [Presentation] LPFGの広線幅書込みによる副ピークの抑制に関する研究 (2013)
  • Author(s): 角穴光、笠原三郎、小山長規、勝山豊
  • Organizer: 第18回電子情報通信学会学生会研究発表講演会,p. 35
  • Place of Presentation: 大阪電気通信大学
  • Year and Date: 2013-03-09
• [Presentation] Multiplexing of LPFG resonant wavelengths for abnormal reaction detection in large-scale plants by distributed high temperature monitxuring (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, S. Kasahara, Y. Tokunaga, O. Koyama
  • Organizer: Photonics Global Conference 2012, pp. 1-4 in CD
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2012-12-16
• [Presentation] 大規模設備の災害誘起高温度分布測定用LPFG (2012)
  • Author(s): 笠原三郎、徳永裕、小山長規、勝山豊
  • Organizer: 平成24年電気関係学会関西支部連合大会,pp. 512-513
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2012-12-08
• [Presentation] Web-based refractive index sensing system for biological solution, by using enhanced sensitivity range of LPFG (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, T. Kanamori, K. Kawanishi, O. Koyama
  • Organizer: Asia-Pacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies, pp. RE-4-1
  • Place of Presentation: Valparaiso, Chile,
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] Web-based refractive index monitoring system for biological solution, employing LPOFBG hybrid optical sensors (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, T. Kanamori, K. Kawanishi, T. Kusuda, O. Koyama
  • Organizer: Baltic Conference on Future Internet Communications, pp. CD1-8
  • Place of Presentation: Vilnius, Lithuamia
  • Year and Date: 2012-08-27
• [Presentation] Effective measurement of refractive index sensitivity of LPG for biological solution monitoring (2012)
  • Author(s): O. Koyama, T. Kanamori, K. Kawanishi, Y. Katsuyama
  • Organizer: Optoelectronics & Communications Conference
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Year and Date: 2012-07-06
• [Presentation] Web-based refractive index sensing by using enha need sensitivity range of LPG for biological solution (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, T. Kanamori, K. Kawanishi, O. Koyama
  • Organizer: International Conference on Ubiquitous and Future Networks, pp. 211-216
  • Place of Presentation: Phuket, Thailand
  • Year and Date: 2012-07-05
• [Presentation] Long-Period Fiber Grating with Multi Resonant Wavelengths Fabricated by a CO2 Laser for High Temperature Distributed Sensing (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, S. Kasahara, Y. Tokunaga, O. Koyama
  • Organizer: 電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会, OFT2012, pp. 39-44
  • Place of Presentation: 飛騨高山市
  • Year and Date: 2012-05-24
• [Presentation] Web-Based Refractive Index Monitoring System for Biological Solution, Employing LPG-FBG Hybrid Optical Sensors (2012)
  • Author(s): Y. Katsuyama, T. Kanamori, K. Kawanishi, T. Kusuda, and O. Koyama
  • Organizer: Baltic Conference on Future Internet Communications, Aceepted
  • Place of Presentation: Vilnius, Lithuania
• [Presentation] Multi long-period gratings in a fiber carved and written by a CO2 laser for distributed sensing (2011)
  • Author(s): Y. Katsuyama, Y. Tokunaga, S. Kasahara, R. Sougen, O. Koyama, and M. Yamada
  • Organizer: The International Conference on Optical Fiber Sensors 21, pp.77539I-1-77539I-4
  • Place of Presentation: Ottawa, Canada
• [Presentation] Carving a fiber by a CO2 laser to shift resonant wavelength of LPFG for distributed sensors (2011)
  • Author(s): O. Koyama, Y. Tokunaga, S. Kasahara, M. Yamada, and Y. Katsuyama
  • Organizer: The 16th Optoelectronics & Communications Conference 2011, pp.204-205
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
• [Presentation] Long-period fiber grating with multi resonant wavelengths fabricated by a CO2 laser for distributed sensing (2011)
  • Author(s): Y. Katsuyama, and O. Koyama
  • Organizer: The second International Conference on Photonics, pp.6-10(招待講演)
  • Place of Presentation: Kota Kinabalu, Malaysia