2017 Fiscal Year Research-status Report
光ファイバを用いた外部音響インピーダンスの分布センシング
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17K14692
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
林 寧生 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員 (90786683)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 非線形光学 / ブリルアン散乱光 / 光ファイバセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の当初の予定では、(1) 導波音響波型ブリルアン散乱光の音響インピーダンス依存性の理論面の考察を行った後、(2) 従来の分布測定手法である時間領域法・相関領域法の適用を試みた後、信号対雑音比の向上のためにブリルアン散乱のランダムな時間変動特性を利用し、信号対雑音比の向上に挑戦する予定であった。
実際の予定では、(1)に関しては、マルチコアファイバ中のデポラライズドGAWBSを観測し、さらに各コア間の音響波の相互作用について検証した。今回、サイドコア中のGAWBSを初観測し、各コア間の音響波間に相互作用がないことを実証した。これは、音響インピーダンス依存性の理論面（音響波の境界問題を含む）の解明に役立つだけでなく、誘導GAWBSと自然GAWBSの使い分けによって光ファイバ中の情報をコントロールするという新たな光ファイバ応用分野(光ファイバ網オペレーションシステム(FOOS))の開拓可能性を示唆する有意義な結果である。また、周方向における一部分の被覆を除去した光ファイバのGASWBSの観測および特性評価を行った。音響インピーダンスセンシングに用いる場合、被覆を全て除去しているため、センサ自体の強度に問題があった。そこで、周方向における一部の被覆を除去することにより、強度とセンシング感度を両立した。
(2)に関しては、多段前方ブリルアン散乱光が後方誘導ブリルアン散乱光をシードとして発生するという新たな現象を初観測した。これは、従来の分布測定手法と音響インピーダンスセンシングを結びつける"接続点”の役割を果たす現象である。これと相関領域法を用いて温度と音響インピーダンスの分布測定に成功した。なお、この現象は高いSNRを誇るため、RS解析を用いたSNR改善手法の適用なしでも十分測定が可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初は、分布測定時に長い測定時間を要するRS解析を周波数ごとに行う計画であったが、高強度の音響導波型ブリルアン散乱光が後方誘導ブリルアン散乱光をシードとして生じる新たな現象を発見し、これを用いることで、瞬時に分布測定が可能となることを実証した。これは、測定時間の短縮といった点で、シンプルながらも大きな進展である。
また、マルチコアファイバ中のデポラライズドGAWBSを観測し、さらに各コア間の音響波の相互作用について検証した。今回、サイドコア中のGAWBSを初観測し、各コア間の音響波間に相互作用がないことを実証した。これは、音響インピーダンス依存性の理論面（音響波の境界問題を含む）の解明に役立つだけでなく、誘導GAWBSと自然GAWBSの使い分けによって光ファイバ中の情報をコントロールするという新たな光ファイバ応用分野(Fiber-optic operation system(FOOS))の開拓可能性を示唆する有意義な結果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
音響導波型ブリルアン散乱光の分布を用いた更なる応用に着手する。具体的な計画を以下に示す。
各種応用に向けた光ファイバの加工および選定
① 地球内部測定に向けた高強度炭素皮膜の付与：光ファイバを音響インピーダンスセンサとして用いる場合、光ファイバの表面にあるポリマー被覆を除去する必要がある。ただし、この除去により、ファイバはもろくなる。そこで、光ファイバの長手方向の一部分を残し、丈夫な炭素被服を付加したファイバを作製する。その後、音響インピーダンスの分布測定の実証を行う。
② 体内使用に向けたポリマー光ファイバの使用：高い柔軟性を有するポリマー光ファイバ中のGABWSはそもそも観測されていないため、これを観測する。ポリマー材料中の音響波の減衰量はガラスのそれに比べ大きい。そこで、GAWBSの強度を大きくするためにファイバ径を小さくする必要がある。そこで、ポリマー材料の表面の被服層をクロロホルムで除去しさらにポリマー光ファイバはマルチモードのみしか存在しないため、テーパー加工でシングルモードにした後、ポリマー光ファイバ中のGABWBSの音響インピーダンス依存性を測定する。
③ 水分センサへの応用に向けた吸水性ポリマーの付与：水分によっても音響インピーダンスが変化するため、これを利用した水分センサへの応用可能性が見込める。ただし、通常の水分はその表面張力によって、ファイバ表面で球体となってしまい。均一な測定が困難である。そこで、吸水性ポリマーをファイバ全面に塗布することによって、均一性を保つことを提案する。吸水性ポリマーを塗布する技術の開発した後、水分依存性を取得する。
④ 電磁波センシングに向けた特殊メッキ加工：電気粘性流体や磁気粘性流体をファイバの周りに塗布する手法がないためこれを開発する。その後、塗布したファイバの各物理量が変化したときの音響インピーダンス変化を測定する。
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