2021 Fiscal Year Annual Research Report
外部変調方式を用いたブリルアン光相関領域反射計（BOCDR）の性能向上
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20J22160
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
野田 康平 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 分布型光ファイバセンサ / 光ファイバセンサ / 偏波 / ブリルアン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
老朽化した社会インフラをモニタリングする必要性に対し、長距離の測定が可能であったり、電磁ノイズに対して頑健であるといった利点をあわせ持つ光ファイバセンサが注目されている。令和3年度は、ブリルアン光相関領域反射計（BOCDR）における参照光の偏波を制御し様々に変化させ、それらに対するブリルアン散乱光の強度を計測することで、最小二乗法を用いて信号光の偏波状態の推定を行う偏波OCDR（POCDR）のプロトタイプを実装し、その動作を実証した。
BOCDRの性能向上： 電気スペクトラムアナライザを用いてブリルアン散乱スペクトル（BGS）を取得していたことでBOCDRシステム全体の測定速度を律速していた問題に対し、外部ローカルオシレータとアナログデジタル変換器を用いて、スペアナの周波数掃引機能を自作する形で周辺電気回路を実装することで、完全なBGS分布を取得できる（＝広い歪ダイナミックレンジを保った）高速BOCDRを実装した。この高速BOCDRを用いることで、同一測定条件の下で大量のデータを取得できる点に着目し、これまで行われていなかったBOCDRの精度評価に向けた予備実験を進めている。
POCDRの性能向上： 参照光路に挿入した電圧制御型偏波コントローラを制御することで散乱光の偏波状態を計測する手法を前年までに実証した。しかし現状の実験システムは実験系を構成する光ファイバにおける複屈折揺らぎに起因すると考えられる測定データの擾乱により安定性が十分ではなかったため、実験系のファイバを偏波保持ファイバに換装したり、キャリブレーションシステムを構築するなどの改善を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
BOCDRに関しては、実用上非常に重要な、広い歪ダイナミックレンジを保った高速化が実現し、さらに歪測定精度評価への道が開かれた点で十分な進捗を得られたと考えている。POCDRに関しては、実験系の安定性を向上させるための種々の対策を講じており、様々な測定ファイバを計測する実験の準備をしている段階である。以上の成果は3件の国内学会で発表を行った。また、POCDRの提案度原理実証に関する成果は、査読付き学術論文に掲載がされることが確定している。以上の理由から、研究の進捗状況はおおむ順調であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
BOCDRに関しては、今年度までの成果をさらに発展させ、歪測定の精度評価について、理論・実験両面から研究を推進する。
POCDRに関しては、測定ファイバ上の様々な外界情報（側圧・磁場・曲げなど）は測定ファイバの複屈折を局所的に変化させ、それによりBOCDRで観測される信号光の偏波状態を変化させる。BOCDRにとって、信号光の偏波状態の変化は測定の誤差要因であるが、この情報を積極的に測定するシステムを構築することで、測定ファイバに印加された側圧等の情報を復元できる可能性を一年目の成果から見出した。二年目までに、また、現状のPOCDRを一部自動化し、短時間かつ安定してデータ取得できるよう工夫を重ねている。
以上を踏まえて、本年度取り組む予定のことは大きく2点ある。第一に、現在行っているPOCDRの自動化・安定化をさらに推し進める。光ファイバにおける偏波状態という不安定な現象を扱う上で、測定系の自動化およびれに伴う安定化は重要である。第二に、これまでに実証されている後方散乱光の偏波状態分布測定に基づき、測定ファイバの複屈折測定を実証する。測定ファイバの複屈折を変化させると考えられる、側圧・磁場・曲げなどの現象を定量的に計測することを試みる。
以上を行うにあたり、予想される問題点と現時点での方針を順に挙げる。まず、実験系を構成するファイバにおける偏波の擾乱の影響を抑える工夫が必要と考えられる。そのために、曲げ等による複屈折の変動が小さい偏波保持ファイバ等を用いて実験系を構成することや、偏波の擾乱に対して十分早く計測できるよう計測システムの高速化を推進する必要があると考えられる。さらに、測定値のばらつきや空間分解能などといった理論的特性を明らかにする。
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Research Products
(6 results)
