2020 Fiscal Year Research-status Report
マイクロメカニックスによるポリマー光ファイバー内の針状ドーパントの配向解析
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20K05098
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
古川 怜 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50589695)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラスチック光ファイバー / 異方性介在物 / 弾性変形 / 複屈折相殺効果 / マイクロメカニックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、介在物が均一分散されたプラスチック光ファイバーを対象とし、曲げや押し潰しなどの光ファイバーの変形により内部の介在物がどのような動きを示すかを解析することを目的とする。ここで介在物とは、主として形状に異方性があり、可視光の散乱、吸収などを含めた何かしらの作用をするものを意図する。光ファイバー内の介在物の動きが理解できれば、光ファイバー自体の変形や動きを介在物と伝搬光の相互作用を出射信号として検知することにつながる。
本研究においては、介在物の動きを実験的に理解するために、多加谷、小池らによって提起された複屈折相殺効果のある共重合体をコアとしたマルチモード光ファイバーを介在物の担体として選び[Tagaya et al, Macromolecules, 39, 3019 (2006)]、理論と実測の双方から検証可能な系を構築することを指針として、介在物を選定しする。本研究の対象にマルチモード光ファイバーを必須とする理由は、検討に使う介在物の寸法に範囲を持たせるため、コア径に制限を設けない必要があるためである。また、複屈折相殺効果のある共重合体を用いる理由は、介在物と光ファイバー中の伝搬光の相互作用を検出する上で、偏波を用いた検証が有効であるためである。
検証としては、介在物の形状やサイズに適した局所的な応力の算出法を適宜採用し、それぞれに整合するファイバー導波光の解析結果と対比を行う。この検証により、光ファイバーの変形や動きに追従して内部の介在物がどのように動くかを推測する。
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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
２020年度は、介在物の動きを理解するために、株式会社 林原より提供を受けたアゾ系二色性色素を中心に複屈折消去ポリマーへ分散させ、この複合材料をマルチモード光ファイバーのコアとした。アゾ系二色性色素を選定した理由は、以下の通りである。①形状異方性が高いため、変形に追従してファイバー内での配向性が得られるであろうという見込まれる。②可視光領域に吸収帯を持ち、かつ高い二色比が実現されている。③高い耐久性を持ち、担体となるポリマーのラジカル重合により構造が変化しにくいことが予想される。
今年度は、主として以下の3つの検討を行った。
1. 担体となる複屈折消去ポリマーをコアとするマルチモードプラスチック光ファイバーの偏波伝搬を従来よりも詳細な伝搬系にて評価し、界面ゲル重合により形成されるコアの屈折率変調に帰着させた伝搬特性評価を行った。コアの屈折率偏重はすなわち、複屈折相殺効果を与えるための三元共重合比の変調とも言い換えることができ、コア領域で局所的に複屈折消去組成がゆらぐことを示唆している。その結果、中央励振した際に伝搬する最低次モード群では、オフセット励振した際の別のモード群に比べて、必ずしも高い偏波伝搬能力を示さないことがわかった。
2. 母材となる共重合体の透過帯に吸収帯がマッチするような二色性色素を複数種、ファイバーに添加して偏波伝搬特性を評価した。この際、ファイバーに垂直応力を印加することで、色素の配向を促し、その効果を入射している直線偏波成分の方位と比較してその配向の度合いについての情報を抽出する。結果として、色素種によっては複屈折消去効果に有意な影響を与えるものがあり、結果として偏波状態を保持できない現象が度々見られ、現在、この原因を究明している。
3. 上記の材料系にて、外部応力による色素配向を記載するのに適した理論モデルを探索した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、以下の検討を中心に進める予定である。
1. 介在物の担体となる複屈折消去性材料をコアとするマルチモードプラスチック光ファイバーのモード群別偏波保持特性評価から、最低次モード群が必ずしも高い偏波伝搬能力を示さないことがわかった。このことから、偏光顕微鏡、干渉顕微鏡を用いて、複屈折分布、屈折率分布をそれぞれ直接測定することにより、上記の導波実験結果の考察を行う。
2. 介在物として用いている二色性色素は、介在物として周囲マトリックスとの理論的に力学的相互作用を考察するにあたって小さすぎるという結論に至った。そのため、一定の凝集して結晶構造を形成する低分子色素を介在物として新たに検討に加えることを予定している。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの流行により、研究の予定に変更が生じたため。
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