| 研究課題/領域番号 |
16K06389
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
和田 健司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40240543)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 光ファイバーセンサー / 温度センサー / 半導体レーザー / ピコ秒光パルス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより，高分解能な温度センサーの実現をめざしている．初年度は，中心波長1550nmの利得変調した分布帰還型（DFB）レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築した．
被覆の影響を調べるため，2km長のハイトレル被覆心線と5km長の素線光ファイバーを用いた．これらを恒温水槽内に配置し，0～20℃の範囲で温度変化を与えることにより，単位長さあたりの光学長変化量としてそれぞれ4.3×10-5/℃，0.75×10-5/℃が得られた．これより，構築したシステムの距離分解能20μmを考慮して，2km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10-4℃の温度分解能が達成されることを見積もった．
また，さらに温度分解能の改善を図るために，光源の時間ジッターの抑制を試みた．本システムは，時間ジッターの計測システムとしても利用できることを提案し，用いた利得変調DFBレーザーには約6psの時間ジッターが含まれることを実証した．また，別光源からの連続光を注入することにより，時間ジッターが効果的に抑制される様子を観測した．時間ジッターを抑制した結果，上記の温度分解能は1.2×10-4℃に改善された．
温度センサー部の小型化については，100m長光ファイバーセンサーの両端に部分反射ミラーと全反射ミラーを接続し，その間で光パルスを多重反射させることにより，等価的に1 km長光ファイバーセンサーとして利用できることを確認した．このことから，小型温度センサーによる高分解能温度センシングの実現可能性を示した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画に掲げた光ファイバー温度センシングシステムの構築とその特性評価，温度分解能の改善，温度センサー部の小型化については，一定の成果が得られており，おおむね順調に進展していると思われる．ただし，光ファイバーの光学長が数km以上になると，温度分解能が低下することが実験的にわかったため，光ファイバー内の群速度分散にもとづく光パルス分裂を中心として，その詳細について調べる必要が生じている．
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| 今後の研究の推進方策 |
予備実験では，本システムの光源として中心波長1550nmのDFBレーザーが適すると見積もり，研究を進めてきたが，詳細な実験を重ねた結果，温度分解能の向上の観点から，多モード（ファブリーペロー）半導体レーザーとDFBレーザーの光源選択および1550nmと1310nmの波長選択が重要であることがわかった．まず，これらの選択を優先して決定すし，その後，低温，常温，高温領域で高分解能な温度センシングの例を示す予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
論文執筆に必要な実験および数値計算データの取得に時間を要し，論文執筆が年度をまたいだため，論文の英文校正料と掲載料として見込んでいた予算が残った．
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| 次年度使用額の使用計画 |
論文の英文校正料と掲載料として次年度に使用する．
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