Observation of Brillouin scattering in acrylic plastic optical fibers and its engineering applications

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22417
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0302:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: Lee Heeyoung 芝浦工業大学, 工学部, 助教 (30870787)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 光ファイバセンサ / ブリルアン散乱 / プラスチック光ファイバ

Outline of Final Research Achievements

We attempted to observe the Brillouin gain spectrum (BGS) in an acrylic plastic optical fiber (POF) at visible wavelength, but its low signal-to-noise ratio prevented us from observing the BGS clearly. However, during the process of various strategies for improving the SNR, we made some new achievements, one of which is the optimization of the Brillouin observation setup assisted by Fresnel reflection. Specifically, we removed the independent reference path and developed a simplified setup with a reflectivity-variable mirror at the sensing fiber end, which led to a maximal SNR. We also developed a cost-efficient detection technique for Brillouin frequency shift without the use of an electrical spectrum analyzer and demonstrated its fundamental operation.

Free Research Field

計測工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ブリルアン散乱に基づく歪や温度の分布型光ファイバセンシング技術は、社会インフラの健全性を診断するための手法として世界中で注目を集めている。実験室レベルでは、サブcmオーダの空間分解能でkmオーダの光ファイバに沿った分布測定が実証されるなど、その進展は著しい。しかし、光ファイバセンシング技術が広く社会に浸透し、安全な人類生活に貢献するために避けては通れない壁が、その高いコストおよび大型のデバイスの使用である。本研究で得られた成果は、ブリルアン散乱を観測するための実験系を低廉化し、かつ、大型装置の使用を撤廃し可搬性を向上するものであり、今後の技術普及を促進する重要な成果であると考えている。