2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Brillouin grating-based coherent FMCW reflectometry
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18K04969
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
高田 和正 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (20359590)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光センシング / ブリルアンダイナミックグレーティング / 周波数領域 / 波長可変レーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）Ｓ/Ｎの改善：２００ＭＨｚの周波数で励起光とストークス光を強度変調した。LN強度変調器に印加されるバイアスとパルスのピーク電圧を微調することにより、ON/OFF時の消光比を３００まで増加させた。この状態で長さ１．３５ｍの光ファイバからのストークス光を３０回繰り返し測定した結果、S/N＝３０（対数表示で１５ｄB）の値を得た。ここで、S/Nはストークス信号の平均値と変動成分の標準偏差値との比で定義した。そこで繰り返し周波数を１００～５００MHｚの間で変化させてS/Nの一層の改善を試みたが、３０以上のＳ／Ｎの値を実現することはできなかった。この理由は、スイッチングに使用したＬＮ強度変調器の消光比が３００に制限されていたため、変調された漏れ励起光が局発光と干渉して多数のスパイクが発生してしたことによる。１，０００以上の消光比を有する強度変調器が市販されており、将来的には本方式によって６０程度のS/Nを実現できると考えられる。
（２）励起光のＦＭ雑音の影響：本実験では、ファイバ中にブリルアングレーティングを発生させるために半導体レーザを使用した。当該半導体レーザからの出射光に周波数変動（いわゆるＦＭ雑音）が存在すると、ストークス光測定時のＳ／Ｎが劣化することを理論的・実験的に証明した。具体的には、ストークス信号中の変動する成分に関する分散を摂動理論で計算し、分散の平方根である標準偏差がＦＭ雑音スペクトルに依存することを見出した。次に、ファイバ型干渉計を組んでレーザ光のFM雑音スペクトルを測定した。このスペクトルを用いて予想されるＳ／Ｎを数値計算したところ、得られた理論値が実測値とよく一致することが判明した。今回の理論計算によって、所望のS/N値を実現するために励起用レーザ光に要求される性能、すなわち周波数変動の標準偏差値やスペクトル幅の値を計算することが可能となった。
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