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2017 Fiscal Year Research-status Report

高分解能光ファイバー温度センサーの構築と応用計測

Research Project

Project/Area Number 16K06389
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

和田 健司  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40240543)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords光ファイバーセンサー / 温度センサー / 半導体レーザー / ピコ秒光パルス / 相互相関計測
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより,高分解能な温度センサーの実現をめざしている.初年度は,中心波長1550 nmの利得変調した分布帰還型(DFB)レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築し,2 km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10^-4 ℃の温度分解能が達成されることを確認した.
今年度は,本センサーシステムの温度分解能や応用上の特長について詳細に調べ,温度校正を行い,実験室内や恒温槽内の温度を実測した.まず,温度分解能については,本システムの原理が光パルスの線形相互相関測定にもとづくため,相関幅を短縮すべく光源の時間ジッターの抑制を検討した.最も簡易に達成するためには,多モード半導体レーザーを利用すればよいことを数値的に見積もり,各モードのパルス発振に現れる振幅ジッターは平均的な測定には影響を及ぼさないことを確認した.時間ジッターの抑制により,温度分解能が20 %程度向上することを実証した.次に応用上の特長として,温度センサーとして用いた光ファイバーと半導体レーザー光源の間を1 kmの光ファイバーで接続して同様の実験を行い,光源や測定装置から遠く離れた場所の温度センシングが高分解能に行えることを確認した.温度校正については,温度分解能0.02 ℃の白金抵抗温度計を用いて,光ファイバー長を温度に換算した.また,本センサーシステムを用いて,実験室の室温および恒温槽内の水温を長時間測定し,光ファイバー長に応じた温度分解能(10^-3~10^-4 ℃)で温度センシングできることを確認した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

光ファイバー温度センシングシステムの温度分解能の向上や応用上必要な温度校正および遠隔地での測定については,一定の成果が得られており,また,派生効果として,パルス光源の時間ジッターに対する新しい測定法を提案,実証した.これより,研究はおおむね順調に進展していると思われる.

Strategy for Future Research Activity

光源を多モード半導体レーザーに変更し,温度分解能の向上を図った上で,液体窒素を入れたデュアー内,室温管理された工場内,池の底など適用個所を調査する観点から広い範囲で温度センシングの例を示す予定である.

Causes of Carryover

(理由)実験および数値計算のデータ取得に時間を要し,論文執筆が年度をまたいだため,論文の英文校正料として見込んでいた予算が残った.
(使用計画)執筆論文の英文校正料として次年度に使用する.

  • Research Products

    (16 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] The Degree of Temporal Synchronization of the Pulse Oscillations from a Gain-Switched Multimode Semiconductor Laser2017

    • Author(s)
      K. Wada, N. Kitagawa, and T. Matsuyama
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 10 Pages: 950-1-950-12

    • DOI

      10.3390/ma10080950

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 利得変調した単一モード半導体レーザーの時間ジッター抑制に関する数値シミュレーション2017

    • Author(s)
      水谷亮一,北川直昭,松山哲也,和田健司
    • Journal Title

      日本赤外線学会誌

      Volume: 27 Pages: 44-49

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 利得変調半導体レーザーの時間ジッターに対する線形相互相関測定2018

    • Author(s)
      松山哲也,水谷亮一,和田健司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • [Presentation] 高分解能光ファイバー温度センシングにおける温度勾配の影響2018

    • Author(s)
      大前貴寛,石黒敦己,中村俊樹,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      レーザー学会第517回研究研究報告会
  • [Presentation] 多モード半導体レーザーにおけるモード成分間の同時発振2018

    • Author(s)
      和田健司,松山哲也
    • Organizer
      本応用数理学会2018年(第14回)研究部会連合発表会
  • [Presentation] 高分解能光ファイバー温度センサーの温度校正2018

    • Author(s)
      大前貴寛,石黒敦己,中村俊樹,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 利得変調多モード半導体レーザーにおけるパルス成分の同時発振性2017

    • Author(s)
      和田健司,北川直昭,松山哲也
    • Organizer
      レーザー学会「レーザーのカオス・ノイズダイナミックスとその応用」第23回研究会
  • [Presentation] High Resolution Fiber Temperature Sensor Based on Precise Measurement of Long Fiber Length2017

    • Author(s)
      A. Ishiguro, A. Tanaka, T. Ohmae, R. Mizutani, T. Matsuyama, and Kenji Wada
    • Organizer
      CLEO-PR 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Linear Cross-Correlation Measurement of Timing Jitter in a Gain-Switched Distributed Feedback Laser2017

    • Author(s)
      R. Mizutani, N. Kitagawa, M. Nakata, A. Ishiguro, T. Matsuyama, and K. Wada
    • Organizer
      CLEO-PR 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 利得変調相関法による半導体レーザの時間ジッタ測定について-従来法との比較を交えて2017

    • Author(s)
      和田 健司,水谷 亮一,松山 哲也
    • Organizer
      第22回福井セミナー
  • [Presentation] 相互相関系にもとづく高分解能光ファイバー温度センサー2017

    • Author(s)
      大前貴寛,石黒敦己,中村俊樹,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 利得変調1.55umDFBレーザーの時間ジッターに対する線形相互相関測定2017

    • Author(s)
      水谷亮一,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      日本赤外線学会第27回研究発表会
  • [Presentation] 光パルスの線形相互相関計測にもとづく高分解能光ファイバー温度センサー2017

    • Author(s)
      大前貴寛,石黒敦己,中村俊樹,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      日本赤外線学会第27回研究発表会
  • [Presentation] 利得変調多モード半導体レーザーからのパルス出力における時間同期2017

    • Author(s)
      和田健司,北川直昭,松山哲
    • Organizer
      日本赤外線学会第27回研究発表会
  • [Presentation] 利得変調した半導体レーザーの時間ジッターに対する線形相互相関計測2017

    • Author(s)
      水谷亮一,松山哲也,和田健司
    • Organizer
      日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2017
  • [Presentation] 高分解能光ファイバー温度センサーを用いた温度ゆらぎの測定2017

    • Author(s)
      和田健司,石黒敦己,大前貴寛,中村俊樹,松山哲也
    • Organizer
      レーザー学会「レーザーのカオス・ノイズダイナミックスとその応用」第24回研究会

URL: 

Published: 2018-12-17  

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