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2019 年度 実施状況報告書

光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を用いた温度と歪の分離・分布センシングの機能向上

研究課題

研究課題/領域番号 19K14999
研究機関豊田工業大学

研究代表者

大川 洋平  豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), ポストドクトラル研究員 (90835737)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード誘導ブリルアン散乱 / 光ファイバセンサ / グレーティング
研究実績の概要

誘導ブリルアン散乱に伴って生じる動的な音響グレーティング(Brillouin dynamic grating, BDG)は、汎用のFBGとは異なり光で高速に書き換えができるという特徴から、新しい信号処理や計測技術への応用が期待されている。偏波保持ファイバ中に生成されたBDGの反射スペクトルは、温度変化に対して敏感に応答するため、温度と歪みを分離した分布型センシングに応用できる。本研究では、コヒーレンス制御により偏波保持ファイバ上にBDGを局在化させることで温度と歪みの分離・分布型センシングを可能にするBDG-BOCDA法において、これまで問題となっていた空間分解能劣化の解決に取り組んだ。まず、数値計算を通じて空間分解能の劣化要因を解析し、既に実験的に効果が認められていた光源強度変調法による空間分解能の改善効果を確認した。解析結果から光によって生成される音響波パワーの位置分布が重要であることが明らかになった。そこで、より効果的な新しい強度変調波形を考案し、実験的に効果を実証した。また、BDGのダイナミクスについての理論的な考察を通じて、音響波干渉を通じて誘導ブリルアン散乱をコヒーレントに制御する手法を新たに考案し、実証実験を行なった。

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

当初の目標通り、BDG反射スペクトルの分布計測における光源強度変調法の効果を解析し、より空間分解能に優れる手法を提案・実証することが出来た。これまでの研究では、BOCDA法における理論空間分解能に対し、BDGの反射スペクトル計測の空間分解能は10倍程度悪いとされてきたが、提案手法により理論空間と同等レベルにまで改善した。また、BDGの理論的な考察を通じて、誘導ブリルアン散乱を音響波干渉を通じて制御する新たな手法を実証することが出来た。

今後の研究の推進方策

1cm級の空間分解能によって温度と歪みを分離した分布計測のデモンストレーションを行う予定である。また、これまでの検証により、BDGの局在化が進むに連れて反射スペクトルの広がりが無視できなくなることがわかっている。これは本質的な制限であり、問題解決には全く新しい手法が必要と考えられる。また、空間分解能と測定レンジの比が大きい高機能計測においては、偏波保持ファイバ伝搬時の偏波間遅延の問題が顕在化すると考えられる。これらの問題についてもより詳細な検討を行う予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Analysis of Brillouin dynamic grating localized by intensity-modulated correlation-domain technique for distributed fiber sensing2020

    • 著者名/発表者名
      Okawa Youhei、Yamashita Rodrigo Kendy、Kishi Masato、Hotate Kazuo
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 ページ: 6981~6981

    • DOI

      https://doi.org/10.1364/OE.385561

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Spatial Resolution Improvement of Discriminative and Distributed Measurement of Temperature/Strain with PMF using Intensity-Modulated Correlation-Domain Technique2019

    • 著者名/発表者名
      Youhei Okawa, Rodrigo Kendy Yamashita, Masato Kishi, and Kazuo Hotate
    • 学会等名
      Optical Sensors and Sensing Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] 強度変調を用いた光相関領域法によるブリルアンダイナミックグレーティングの局在化2019

    • 著者名/発表者名
      大川 洋平、山下健二 ホドリーゴ、岸 眞人、保立 和夫
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 強度変調を用いた光相関領域法により局在化された光ファイバ中のブリルアンダイナミックグレーティングの解析2019

    • 著者名/発表者名
      大川 洋平、山下健二 ホドリーゴ、岸 眞人、保立 和夫
    • 学会等名
      第63回光波センシング技術研究会講演会
  • [学会発表] Effective localization of Brillouin dynamic grating for distributed fiber sensing by intensity modulated correlation-domain technique2019

    • 著者名/発表者名
      Youhei Okawa, Rodrigo Kendy Yamashita, Masato Kishi, and Kazuo Hotate
    • 学会等名
      MOC2019, 24th Microoptics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 四光波混合を用いた誘導ブリルアン散乱のコヒーレント光制御2019

    • 著者名/発表者名
      大川 洋平、保立 和夫
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会

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公開日: 2021-01-27  

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