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2017 年度 実績報告書

散乱スペクトルの傾斜を用いたブリルアン光相関領域反射計の性能向上および実用化

研究課題

研究課題/領域番号 17J07226
研究機関東京工業大学

研究代表者

李 煕永  東京工業大学, 工学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワード分布型光ファイバセンサ / ブリルアン散乱 / プラスチック光ファイバ
研究実績の概要

本課題では、光ファイバに沿った任意の位置で歪や温度に加えて損失の分布も高速で測定する「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計(SA-BOCDR)」の性能向上および実用化に取り組んでいる。平成28年度まで、基本動作の確認や様々な動作特徴は調査されていたが、分布型センサの重要な性能の一つである空間分解能の制限や大歪の測定を可能とするプラスチック光ファイバ(POF)を適用したときのシステムの挙動については未解明であった。そこで、平成29年度は (1) SA-BOCDRの空間分解能の上限を解明、および (2) SA-BOCDRのセンシング光ファイバとしてPOFを導入したときの挙動の調査を中心に研究を推進した。
(1) の成果としては、本システムでは従来の理論空間分解能の約50分の1程度までの歪・温度印加区間を検出可能であることを示した上に、あらゆるブリルアン分布センシング手法の世界記録を凌駕する2mmのホットスポットを実験的に検出することに成功した。なお、理論的にはサブミリメートルの歪・温度印加区間も検出可能であることを示した。(2) の成果としては、POFの大きい伝搬損失(従来使用されてきたガラス光ファイバの約100倍)による歪・温度の測定感度のファイバに沿った位置依存性を定量的に調査し、信号処理によって補正することで、2か所の歪・温度印加区間を正しく検出することに成功した。なお、(1) の成果と組み合わせて、POF中の5mmの高温区間の検出に成功した。これは、従来記録の約20倍短い値であり、POFによる分布センシングの新たな応用領域を拓くものであると考えられる。
上記2点の他にも、様々な実験条件に対する測定感度の依存性を調査し、システム出力を補正することで正しい分布測定を可能とするなど、SA-BOCDRの性能向上および実用化に向けて精力的に研究を推進している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本課題では、光ファイバの中の任意の位置で歪や温度の分布を高速で測定する 「傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計(SA-BOCDR)」の実用化に向けた性能向上や小型化・低コスト化の研究を行っている。平成29年度は、大歪の測定が困難だった従来のシステムに柔軟性の高いPOFを導入することで、システムの性能をより向上させることができた。また、入射光パワーや理論空間分解能などの実験条件が本システムの測定感度や精度に与える影響を明らかにしたため、システムの実用化に一歩近づいたといえる。他にも、様々な方式のブリルアンセンサの世界記録を超えたホットスポットの検出にも成功した。これらの成果は当初の計画以上の進展であるといえる。

今後の研究の推進方策

当面は、SA-BOCDRの安定性向上に重点を置いて研究を進める予定である。具体的には、(1) 曲げに強い光ファイバの導入、(2) 偏波保持光ファイバの導入、(3) 複数の周波数におけるパワーの比の利用、を考えている。以下、その詳細について説明する。(1) SA-BOCDRは、歪や温度と同時に損失の分布も測定可能である。これはメリットとなる場合もある一方、正確な歪・温度の分布測定を阻害する要因ともなる。そこで、通常のファイバより曲げに強い特殊光ファイバを利用し、意図しない損失の影響を低減しようと考えている。(2) 従来のシステムでは、偏波状態の変動を抑える(平均化する)ために、偏波スクランブラという装置が必要であった。しかし、偏波保持ファイバを導入することで、偏波スクランブラを使わずにSA-BOCDRが実装できると考えられる。最適な偏波状態を利用できるので、従来のシステムよりも感度および信号対雑音比を改善できる可能性もある。さらに、システムのコストの低減にもつながる。(3) 特殊な光ファイバを用いずに意図しない損失の影響を回避する手法の需要も高い。そこで、ブリルアン散乱スペクトルの複数周波数におけるパワーを同時に観測し、両者の比を歪・温度に関連付ける「プッシュプル法」に基づき、これを実現する計画である。
以上の流れでシステムの安定性を向上させた後、SA-BOCDRの実用化に向けた小型化・更なる低コスト化を推進したいと考えている。具体的には、エルビウム添加光ファイバ増幅器を除去したり、電気スペクトルアナライザのゼロスパン機能をローカルな電子回路で実装したりすることを考えている。数年後には、可搬性が向上したシステムを用いて、種々の応用先でフィールドテストを行い、本システムの有用性を示すデータを蓄積していきたい。

  • 研究成果

    (51件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 16件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Strain dependence of perfluorinated polymer optical fiber Bragg grating measured at different wavelengths2018

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Ryo、Lee Heeyoung、Lacraz Amedee、Theodosiou Antreas、Kalli Kyriacos、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 038002~038002

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.038002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Displacement sensing based on modal interference in polymer optical fibers with partially applied strain2018

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Yosuke、Hagiwara Sonoko、Kawa Tomohito、Lee Heeyoung、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 058002~058002

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.058002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slope-Assisted Brillouin Optical Correlation-Domain Reflectometry Using Polymer Optical Fibers With High Propagation Loss2017

    • 著者名/発表者名
      Lee Heeyoung、Hayashi Neisei、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: 35 ページ: 2306~2310

    • DOI

      10.1109/JLT.2017.2663440

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement sensitivity dependencies on incident power and spatial resolution in slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry2017

    • 著者名/発表者名
      Lee Heeyoung、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 268 ページ: 68~71

    • DOI

      10.1016/j.sna.2017.10.063

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of 2-mm-long strained section in silica fiber using slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry2017

    • 著者名/発表者名
      Lee Heeyoung、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 020303~020303

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.020303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymer optical fiber tapering using hot water2017

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Yosuke、Ujihara Hiroki、Lee Heeyoung、Hayashi Neisei、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 ページ: 062502~062502

    • DOI

      10.7567/APEX.10.062502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature sensing based on multimodal interference in polymer optical fibers: Room-temperature sensitivity enhancement by annealing2017

    • 著者名/発表者名
      Kawa Tomohito、Numata Goki、Lee Heeyoung、Hayashi Neisei、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 078002~078002

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.078002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pilot demonstration of refractive index sensing using polymer optical fiber crushed with slotted screwdriver2017

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Yosuke, Lee Heeyoung, Shimada Shumpei, Matsumoto Yukihiro, Tanaka Yosuke, Nakamura Hitoshi, and Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 14 ページ: 20170962

    • DOI

      10.1587/elex.14.20170962

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pressure Dependence of Fiber Bragg Grating Inscribed in Perfluorinated Polymer Fiber2017

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Ryo、Lee Heeyoung、Lacraz Amedee、Theodosiou Antreas、Kalli Kyriacos、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 29 ページ: 2167~2170

    • DOI

      10.1109/LPT.2017.2767082

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-term stability enhancement of Brillouin measurement in polymer optical fibers using amorphous fluoropolymer2017

    • 著者名/発表者名
      Matsutani Natsuki、Lee Heeyoung、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 018001~018001

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.018001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrostatic pressure dependence of Brillouin frequency shift in polymer optical fibers2017

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Yosuke、Lee Heeyoung、Hayashi Neisei、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 ページ: 012502~012502

    • DOI

      10.7567/APEX.11.012502

    • 査読あり
  • [学会発表] 全フッ素化プラスチック光ファイバに描画したFBGの歪感度の光波長依存性2018

    • 著者名/発表者名
      石川諒、李熙永、Amedee Lacraz、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年度第6回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] 傾斜利用BOCDRによる光ファイバを埋め込んだ複合材料構造の健全性診断2018

    • 著者名/発表者名
      李熙永、萩原園子、越智寛、松井孝洋、松本幸大、田中洋介、中村一史、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年度第6回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] 全フッ素化プラスチック光ファイバ中のFBGの波長に対して公平な歪感度の比較指標の検討2018

    • 著者名/発表者名
      石川諒、李煕永、Amedee Lacraz、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2018年(平成30年)春季第65回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 細径化させたプラスチック光ファイバ中のブリルアン周波数シフトの歪依存性の解明2018

    • 著者名/発表者名
      松谷夏樹、李煕永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2018年(平成30年)春季第65回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 耐屈曲シリカ光ファイバを用いた傾斜利用BOCDR2018

    • 著者名/発表者名
      馬天一、李煕永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2018年(平成30年)春季第65回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 傾斜利用BOCDRを用いたCFRP補強鋼材中の歪分布計測2018

    • 著者名/発表者名
      李煕永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2018年(平成30年)春季第65回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] Locally pressed plastic optical fibers for refractive index sensing2017

    • 著者名/発表者名
      S. Shimada, H. Lee, M. Shizuka, H. Tanaka, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      25th International Conference on Optical Fibre Sensors (OFS-25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Plastic optical fiber fuse and its impact on sensing applications2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, H. Lee, N. Hayashi, K. Nakamura, and S. Todoroki
    • 学会等名
      25th International Conference on Optical Fibre Sensors (OFS-25)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry using high-loss plastic optical fibers2017

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      25th International Conference on Optical Fibre Sensors (OFS-25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent advances of Brillouin sensing technology using plastic optical fibers2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, H. Lee, N. Hayashi, and K. Nakamura
    • 学会等名
      9th International Conference on Information Optics and Photonics (CIOP 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Temperature sensing based on multimodal interference in plastic optical fibers: sensitivity enhancement by annealing2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kawa, G. Numata, H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      12th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, 22nd OptoElectronics and Communications Conference, and 5th Photonics Global Conference 2017 (CLEO-PR/OECC/PGC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Operation of power-based BOCDR: measurement sensitivity influenced by spatial resolution2017

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      12th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim, 22nd OptoElectronics and Communications Conference, and 5th Photonics Global Conference 2017 (CLEO-PR/OECC/PGC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Long-term stability enhancement of POF-based Brillouin measurement by mitigating multiple Fresnel reflections using CYTOP2017

    • 著者名/発表者名
      N. Matsutani, H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      26th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrostatic pressure dependence of FBG inscribed in perfluorinated GI-POF2017

    • 著者名/発表者名
      R. Ishikawa, H. Lee, A. Lacraz, A. Theodosiou, K. Kalli, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      26th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] First demonstration of POF taper fabrication using hot water2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, H. Lee, H. Ujihara, N. Hayashi, and K. Nakamura
    • 学会等名
      26th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Plastic optical fiber fuse: observation, characterization, and applications2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, H. Lee, N. Hayashi, and K. Nakamura
    • 学会等名
      26th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Detection of 5-mm-long heated section in plastic optical fiber using slope-assisted BOCDR2017

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      26th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Pressure dependence of fiber Bragg grating inscribed in perfluorinated plastic optical fiber using femtosecond laser2017

    • 著者名/発表者名
      R. Ishikawa, H. Lee, A. Lacraz, A. Theodosiou, K. Kalli, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      5th Workshop on Specialty Optical Fibers and Their Applications (WSOF 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Long-term stability improvement of Brillouin measurement in plastic optical fibers by Fresnel suppression using amorphous fluoropolymer2017

    • 著者名/発表者名
      N. Matsutani, H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      22nd International Microoptics Conference (MOC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Perfluorinated graded-index plastic optical fiber Bragg gratings: observation and theoretical analysis of unique dependence on pressure2017

    • 著者名/発表者名
      R. Ishikawa, H. Lee, A. Lacraz, A. Theodosiou, K. Kalli, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      22nd International Microoptics Conference (MOC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Pressure dependence of Brillouin frequency shift in plastic optical fibers2017

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, Y. Mizuno, N. Hayashi, and K. Nakamura
    • 学会等名
      22nd International Microoptics Conference (MOC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of world’s shortest hot spots in silica and plastic optical fibers by slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry2017

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 学会等名
      22nd International Microoptics Conference (MOC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] プラスチック光ファイバ中のモード間干渉に基づく片端入射型歪・温度センサ2017

    • 著者名/発表者名
      河智仁、沼田剛毅、李熙永、林寧生、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      応用物理学会第59回光波センシング技術研究会(LST-59)
  • [学会発表] 傾斜利用BOCDRによる理論空間分解能を超えた極短歪の検出2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、林寧生、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      応用物理学会第59回光波センシング技術研究会(LST-59)
  • [学会発表] 全フッ素化プラスチック光ファイバ中のFBGの圧力依存性の解明2017

    • 著者名/発表者名
      石川諒、李熙永、Amedee Lacraz、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年度第2回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] 傾斜利用BOCDRによる世界最短歪の検出2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年度第2回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] 赤外線放射温度計による構造物に埋め込んだ光ファイバの破断点検出2017

    • 著者名/発表者名
      萩原園子、李熙永、越智寛、松井孝洋、松本幸大、田中洋介、中村一史、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2017年(平成29年)秋季第78回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 多重フレネル反射抑制によるプラスチック光ファイバ中のブリルアン利得スペクトル観測の長期安定性向上2017

    • 著者名/発表者名
      松谷夏樹、李熙永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2017年(平成29年)秋季第78回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 全フッ素化プラスチック光ファイバ中のFBGの圧力依存性の解明2017

    • 著者名/発表者名
      石川諒、李熙永、Amedee Lacraz、Theodosiou Antreas、Kalli Kyriacos、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2017年(平成29年)秋季第78回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 電気スペクトルアナライザのビデオ帯域幅の調整による傾斜利用BOCDRの歪ダイナミックレンジの向上2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2017年(平成29年)秋季第78回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 傾斜利用ブリルアン光相関領域反射計による世界最短ホットスポットの検出2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      2017年(平成29年)秋季第78回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 光ファイバ中のブリルアン散乱を用いたリアルタイム歪・温度分布センサ2017

    • 著者名/発表者名
      水野洋輔、李熙永、林寧生、中村健太郎
    • 学会等名
      第145回微小光学研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] POF2017開催報告(センシング関連)2017

    • 著者名/発表者名
      水野洋輔、李熙永、石川諒、松谷夏樹
    • 学会等名
      第100回POFコンソーシアム記念大会
    • 招待講演
  • [学会発表] リアルタイムひずみ分布計測2017

    • 著者名/発表者名
      李煕永、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      光ファイバセンシング振興協会第9回シンポジウム
  • [学会発表] 異なる光波長における全フッ素化POF中のFBGのブラッグ波長の歪依存性2017

    • 著者名/発表者名
      石川諒、李熙永、Amedee Lacraz、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      応用物理学会第60回光波センシング技術研究会(LST-60)
  • [学会発表] [国際会議報告] POF2017報告2017

    • 著者名/発表者名
      水野洋輔、李熙永、石川諒、松谷夏樹
    • 学会等名
      応用物理学会第60回光波センシング技術研究会(LST-60)
    • 招待講演
  • [学会発表] 炭素繊維強化プラスチックに埋め込んだ光ファイバに沿った歪分布測定と破断点検出2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、萩原園子、越智寛、松井孝洋、松本幸大、田中洋介、中村一史、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      応用物理学会第60回光波センシング技術研究会(LST-60)
  • [学会発表] 放射温度計による構造物に埋め込んだ光ファイバの破断点のリアルタイム検出2017

    • 著者名/発表者名
      萩原園子、李熙永、越智寛、松井孝洋、松本幸大、田中洋介、中村一史、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      第31回光通信システム(OCS)シンポジウム
  • [学会発表] 構造物に埋め込んだ光ファイバに沿った歪分布の高空間分解能測定2017

    • 著者名/発表者名
      李熙永、越智寛、松井孝洋、松本幸大、田中洋介、中村一史、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      第31回光通信システム(OCS)シンポジウム
  • [備考] Heeyoung Lee's Website

    • URL

      http://www.nakamura.pi.titech.ac.jp/hylee/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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