光ファイバリング共振器を応用した多点型高精度温度センサの実用化に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650325
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤井 陽一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00013110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30134638)
• Keywords: 温度センサ / リング共振器 / 温度分解能 / 共振周波数 / 振幅変化法 / 周波数間隔法 / 位相変調 / 多点化測定

Research Abstract

温度センサの温度分解能の向上を目指して、リング共振器を用いた多点型の温度センサを新たに提案し、その基礎的な実験、検討を行った。リング共振器は、シングルモードファイバと光ファイバ・カップラで構成され、共振点で出力光が零、その他は、透過となる。リング共振器の温度が変化すると光ファイバの実効的な光路長が変化するため、共振周波数もそれに伴い変化する。この共振周波数の温度変化の測定により、高感度温度センサが得られる。共振周波数の変化の測定には光源の周波数を掃引するが、この実験では光源に単一周波数He-Neレーザを用い、共振器内で位相変調を行う方法を取った。多点化測定のためには、異なる長さのリング共振器をN段直列に接続し、それぞれのリング共振器の共振周波数の変化の重ね合わせを、別別に分離測定すればよい。分離には、共振周波数の繰り返し【周波数間隔法】、或いは、損失の変化のための出力振幅の変化を用いる【振幅変化法】。
2点型の温度センサの動作の確認の実験を行った。光源は安定化した単一周波数He-Neレーザを用いた。共振器長1.5m、1.0mのリング共振器を2個直列につなぎ、リング共振器の一部を円筒型のピエゾセラミックスに巻き付け、50Hzの正弦波を加えて位相変調した。出射光は、フォトダイオードで検出され、変調信号とともに、オシロスコープで観測した。
まず、1フリンジごとの温度を通常の温度計で測定して、温度の較正を行った。リング共振器の温度による位相変化は、それぞれ、3.6πrad/K、3.8πrad/Kとなり、理論値とほぼ一致した。次に、共振器内の損失による共振点での透過光強度の差をレベル・スライス回路を用いて検出し【振幅変化法】、センサを区別した。その結果、3×10^<-3>Kの温度分解能で温度変化の測定を行うことができた。さらに、共振点の間隔の差をゲート回路を用いて検出【周波数間隔法】した。この場合の温度分解能は1.4×10^<-3>Kであった。

Research Products

• [Publications] Takatoshi KATO: "Multipoint Temperature Sensor Using Fibre-Optic Ring Resonator by Pulse-Frequency" International Symposium on Optical Tools for Manufacturing and Advanced Automation. 2071. 153-162 (1993)
• [Publications] 加藤 考利: "光ファイバリング共振器を用いた多点型温度センサ" 電子情報通信学会春季大会講演論文集. No.4. 397 (1993)
• [Publications] 加藤 考利: "リング共振器を用いた温度センサ" 超高速・超並列エレクトロニクス総合シンポジウム講演論文集. 183 (1993)
• [Publications] 近藤由紀子: "LPE成長LN薄膜光導波路の光損傷感度" 第40回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No.1. 220 (1993)
• [Publications] 近藤 由紀子: "誘電体光導波路の光損傷感度" レーザー学会学術講演会第14回年次大会. 253 (1994)
• [Publications] 李 玉善: "擬似位相整合素子作製用プロトン交換タンタル酸リチウム光導波路の格子定数" 第54回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. No.3. 1014 (1993)