Sensing function embedded in optical fiber using Femto-second laser processing

• Project/Area Number: 24510126
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Soka University
• Principal Investigator: KAZUHIRO WATANABE 創価大学, 工学部, 教授 (40240478)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2013: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2012: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: フェムト秒レーザ加工 / 量子ビーム産業応用 / 光ファイバセンサ

Outline of Final Research Achievements

Novel sensing functions have been successfully embedded in a single mode optical fiber by means of femto-second, ultra short pulse laser material processing. A single laser pulse was focused on a thin optical fiber to produce an array of voids (macro cavity) in the close vicinity of core/cladding boundary region in the optical fiber. It has been found that such voids array plays an important role to create information how to know the direction of bending. A pulse train of 1-kHz femto-second laser was used to produce a very thin drilling hole which transversely penetrated a cylindrical structure of optical fiber with a hole diameter of a few micro-meters. It has been interestingly shown that such thin drilling holes provide us with an in-line optical fiber spectroscopic sensing function which might be a very viable technique to enable spectroscopic analysis by means of a pico-litter sampling.

Research Products

• [Journal Article] Efficient deep-hole drilling by a femtosecond, 400 nm second harmonic Ti: sapphire laser for a fiber optic in-line/pico-liter spectrometer (2015)
  • Author(s): Kenji GOYA, Toshiaki ITOH, Atsushi SEKI and Kazuhiro WATANABE
  • Journal Title: Sensors and Actuators: B. Chemical Volume: Vol.210 Pages: 685-691
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Femtosecond Laser Micromachining in an Optical Fiber for Bending Direction Sensor (2014)
  • Author(s): Takaaki FUJII, Kenji GOYA and Kazuhiro WATANABE
  • Journal Title: Proceedings of the 2014 ISSS Volume: 2014 ISSS Pages: 52-54
• [Journal Article] Fabrication of through-hole array by means of femtosecond laser pulses for spectroscopic measurements (2014)
  • Author(s): Toshiaki ITO, Kenji GOYA and Kazuhiro WATANABE
  • Journal Title: Proceedings of the 2014 ISSS Volume: 2014 ISSS Pages: 53-55
• [Journal Article] A Novel Optical Fiber Sensor Fabricated by Femtosecond Laser Processing for Directional Bending Detection (2013)
  • Author(s): Kenji GOYA and Kazuhiro WATANABE
  • Journal Title: The Review of Laser Engineering Volume: 41 Pages: 718-721
  • NAID: 10031193044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヘテロコア型光ファイバを用いたセンシング技術 (2013)
  • Author(s): 佐々木博之、西山道子、渡辺一弘
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 41 Pages: 337-341
  • NAID: 10031174280
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ヘテロコア光ファイバーセンサ－ (2012)
  • Author(s): 佐々木博之、渡辺一弘
  • Journal Title: 光学 Volume: 第４１巻 Pages: 364-369
  • NAID: 10030770447
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micro-void in an Optical Fiber Machined by a Femtosecond Laser for Obtaining Bending Direction Sensitive Sensors (2012)
  • Author(s): Kenji Gouya, Kazuhiro Watanabe
  • Journal Title: HPLS&A 2012,Proceedings of SPIE Volume: Vol.8677 46
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hole Drilling on Glass Optical Fibers by a Femtosecond Laser (2012)
  • Author(s): Masayuki Hamasaki, Kenji Goya, Kazuhiro Watanabe
  • Journal Title: HPLS&A 2012,Proceedings of SPIE Volume: Vol.8677 50
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface Plasmon Resonance Hydrogen Sensor based on Hetero-core Optical Fiber Structure (2012)
  • Author(s): Ai Hosoki, Michiko Nishiyama, Igawa Hirotaka, Yongwoon Choi and Kazuhiro Watanabe
  • Journal Title: Eurosensors 2012, Procedia Engineering Volume: Volume 47 Pages: 128-131
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 第二高調波400nm近紫外フェムト秒レーザ加工を利用した光ファイバ導波路への分光セルの埋め込み（理論モデルによる吸光度特性の解析） (2015)
  • Author(s): 合谷賢治, 伊藤俊明, 関篤志, 渡辺一弘
  • Organizer: 光ファイバ応用技術研究会
  • Place of Presentation: 鹿児島県鹿児島市、鹿児島宝山ホール
  • Year and Date: 2015-02-19 – 2015-02-20
• [Presentation] フェムト秒レーザー加工を利用した光ファイバへのインライン分光セルの配列とセンサ性能評価 (2015)
  • Author(s): 合谷賢治, 伊藤俊明, 関篤志, 渡辺一弘
  • Organizer: レーザー学会学術講演第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東京港区、東海大学
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [Presentation] 光ファイバ応用のためのフェムト秒レーザー誘起空洞化領域の有限要素法（FEM）解析 (2015)
  • Author(s): 藤井隆明, 合谷賢治, 渡辺一弘
  • Organizer: レーザー学会学術講演第35回年次大会
  • Place of Presentation: 東京港区、東海大学
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [Presentation] A through-hole array on optical fibers fabricated by 1-kHz/400-nm femtosecond laser pulses for an in-line/pico-litter spectrometer design (2014)
  • Author(s): Kenji GOYA, Toshiaki ITOH, Atsushi SEKI and Kazuhiro WATANABE
  • Organizer: EUROSENSORS 2014
  • Place of Presentation: Italy,Brescea,University of Brescia
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] フェムト秒レーザー加工による貫通孔配列を応用した光ファイバインラインスペクトル測定 (2014)
  • Author(s): 合谷賢治，伊藤俊明，関篤志，渡辺一弘
  • Organizer: 光ファイバ応用技術研究会（OFT）
  • Place of Presentation: 山形米沢、山形大学
  • Year and Date: 2014-05-29 – 2014-05-30
• [Presentation] 金ナノ粒子を用いるヘテロコア光ファイバ型エタノールセンサ (2014)
  • Author(s): 関 篤志、吉川清明、渡辺一弘
  • Organizer: 2014年電子情報通信学会 総合大会
  • Place of Presentation: 新潟
• [Presentation] Optical Fiber SPR Sensor with Holes Array Fabricated by Femtosecond Laser Drilling (2013)
  • Author(s): Masayuki Hamasaki，Kenji Goya and Kazuhiro Watanabe
  • Organizer: The 2013 International Symposium on Advanced Engineering (ISAE2013), November, 2013, Pukyong National University, Pusan (Korea)
  • Place of Presentation: Pusan, Korea
• [Presentation] 数値計算による光ファイバセンサ内部の構造体の解析 (2013)
  • Author(s): 藤井隆明・合谷賢治・渡辺一弘
  • Organizer: 電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 液体検知光ファイバセンサのためのフェムト秒レーザーを用いた貫通孔配列 (2013)
  • Author(s): 伊藤俊明・合谷賢治・渡辺一弘
  • Organizer: 電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] フェムト秒レーザー穴あけ加工を応用した光ファイバへの構造体作製によるSPRセンサの実現 (2013)
  • Author(s): 濵先誠行，合谷賢治，渡辺一弘
  • Organizer: 電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] フェムト秒レーザー加工による光ファイバへの屈曲検知機能付加のための構造体作製 (2013)
  • Author(s): 山口英一郎, 合谷賢治, 渡辺一弘
  • Organizer: 電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] フェムト秒レーザー加工を応用した光ファイバへの方向検知機能付加 (2013)
  • Author(s): 合谷賢治、渡辺一弘
  • Organizer: 電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 屈曲検知機能付加のための石英ファイバ内部へのフェムト秒レーザー加工による軸対称構造の埋め込み (2012)
  • Author(s): 山川遥大，合谷賢治，崔龍雲，渡辺一弘
  • Organizer: 2012年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 富山
• [Presentation] Au / Ta2O5 / Pdの多層膜構造を利用したヘテロコア光ファイバSPR水素センサの開発 (2012)
  • Author(s): 細木 藍，西山 道子，井川 寛隆，関 篤志，崔 龍雲，渡辺 一弘
  • Organizer: 応用物理学会第50回光波センシング研究会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] フェムト秒レーザー微細加工を応用した石英ファイバへの屈曲方向検知機能の付加フェムト秒レーザー微細加工を応用した石英ファイバへの屈曲方向検知機能の付加 (2012)
  • Author(s): 合谷 賢治，渡辺 一弘
  • Organizer: 応用物理学会第50回光波センシング研究会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] フェムト秒レーザー穴あけ加工を用いた気体検知機能を有する光ファイバセンサの開発 (2012)
  • Author(s): 濱先 誠行，合谷 賢治，渡辺 一弘
  • Organizer: 応用物理学会第50回光波センシング研究会
  • Place of Presentation: 東京
• [Remarks]
  • URL: http://www.soka.span.project.jp/module/whatnew/
• [Remarks] Span Project
  • URL: http://www.soka-span-project.jp/modules/whatsnew/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光ファイバセンサ及びその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 1） 渡辺一弘，関篤志，合谷賢治，伊藤俊明
  • Industrial Property Rights Holder: 1） 渡辺一弘，関篤志，合谷賢治，伊藤俊明
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-043340
  • Filing Date: 2015-03-05