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2020 年度 実施状況報告書

アクリルプラスチック光ファイバ中のブリルアン散乱の観測と特性解明および工学応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K22417
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

李 ひよん  芝浦工業大学, 工学部, 助教 (30870787)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
キーワード光ファイバセンサ / ブリルアン散乱 / プラスチック光ファイバ / 防災技術 / 非線形現象 / テーパー加工
研究実績の概要

本課題では、極めて安価で、世の中ですでに広く使われており、製造技術も成熟している一般的なアクリルプラスチック光ファイバ(POF)中のブリルアン散乱の世界初観測および特性解明を進めている。最終的には、アクリルPOF中のブリルアン散乱を用いた高性能分布センシングシステムを実現したいと考えている。令和2年度は、(1) 通信波長帯でアクリルPOF中のブリルアン散乱を観測する実験系の構築、(2) 特殊アクリルPOFの調達とブリルアン散乱観測の試行、(3) アクリルPOFの新規テーパー加工法の提案、を推進した。以下、詳細を記す。
(1)(2) 手持ちの装置を用いて、通信波長帯でアクリルPOF中のブリルアン散乱を観測する実験系を構築した。散乱光に対して、狭線幅光フィルタを用いてレイリー散乱成分を除去し、光増幅器で増幅し、さらに雑音を広域フィルタで除去するなど、これまでに培った数々のノウハウを詰め込んだ。また、共同研究先に提供いただいたコア径が125 μmのアクリルPOFを用いて、光パワー密度を向上させる取り組みも実践した。しかし、通信波長帯におけるアクリルPOFの伝搬損失は非常に高く、実効長が極めて短くなるために、ブリルアン散乱を観測することは困難であることが明らかになった。(3) そこで、アクリルPOFのコア径を125 μmよりも大幅に小さくし、光パワー密度を更に向上させてブリルアン散乱の観測を可能にすべく、そのテーパー加工技術の開発を進めた。アクリルPOFの低いガラス転移温度を利用して、熱湯を用いる比較的簡素かつ低コストの方法を採用した。熱湯に浸す時間と引っ張る速度を制御することで、任意のテーパー形状を実現することを目標に据えた。現状では、自動ステージが不足しており、一方を手動で制御せざるを得ない状況であるが、おおよそ想定通りの加工ができた。

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

前項で記したように、通信波長帯においては細径アクリルPOF中のブリルアン散乱の実験的観測には成功していない現状である。しかし、これは当初から想定していた結果であり、その対策として準備していた複数のアイデアの実装を順調に進めることができている。その主要な方向性がアクリルPOFのテーパー加工法の提案であり、任意の外径および長さを有する形状への加工が実現しつつあることから、現在までの進捗としてはおおむね順調であると判断した。ポンプ・プローブ法によるブリルアン散乱信号の増強にも取り組みつつあり、今後の展開が期待される。

今後の研究の推進方策

今後は、(1) アクリルPOFのテーパー加工法の確立、(2) ポンプ・プローブ法に基づく実験系の構築、の2点を中心に研究を推進し、アクリルPOF中のブリルアン散乱の実験的観測につなげたい。両者の詳細を以下に記す。
(1) アクリルPOFのコア径を細くし、光パワー密度を更に向上させるべく、引き続き、そのテーパー加工技術の開発を進める。これまでに熱湯を利用した簡素な手法を実装したが、その加工自由度をさらに向上させ、熱湯に浸す時間と引張速度を制御することで任意形状を実現させる。これまでの手法は、アクリルPOFの両方向から同じ速度で引っ張るものであった。この方式では、細いウエスト部分を形成することはできるものの、その長さは装置の大きさに依存してしまうという欠点があった。そこで、一方の端面をある速度で引っ張り、もう一方の端面はそれよりも遅い速度で逆の方向に押し出す、という方式を実装する。この手法では、両者の速度を制御することで、ウエスト部分を任意の長さまで形成することができるようになる。今後、プロセス全体を自動化した後に本手法の有効性を実証するとともに、長さによらず安定して形成できるウエスト径の最小値を解明したい。そして、この手法でテーパー加工されたアクリルPOFに通信波長帯および可視光帯の光をそれぞれ入射し、光伝搬損失がどの程度なのか、断面積を考慮した場合のブリルアン利得係数はどの程度向上するのかを明らかにしたい。(2) アクリルPOF中のブリルアン散乱は極めて微弱であるため、片端光入射型の実験系では観測できない可能性がある。そこで、光をアクリルPOFの両端から入射するポンプ・プローブ法に基づく実験系を構築する。この場合、複雑にはなるものの、対向伝搬光の相互作用により誘導散乱への遷移が生じ、ブリルアン散乱が増強される。プローブ光の周波数調整が重要となるため、最低な条件を模索する。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] エスピリトサント連邦大学(ブラジル)

    • 国名
      ブラジル
    • 外国機関名
      エスピリトサント連邦大学
  • [国際共同研究] アヴェイロ大学(ポルトガル)

    • 国名
      ポルトガル
    • 外国機関名
      アヴェイロ大学
  • [雑誌論文] Potential of mechanically induced cascaded long-period grating structure for reflectometric pressure, strain, and temperature sensing2020

    • 著者名/発表者名
      A. K. Das, H. Lee, K. Noda, Y. Mizuno, C. K. Y. Leung, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 20 ページ: 10539~10546

    • DOI

      10.1109/JSEN.2020.2993011

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Recent progress in slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry2020

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, K. Nakamura, and Y. Mizuno
    • 雑誌名

      Optical Fiber Technology

      巻: 59 ページ: 102312

    • DOI

      10.1016/j.yofte.2020.102312

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fiber-optic distributed measurement of polarization beat length using slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry2020

    • 著者名/発表者名
      H. Lee, K. Noda, K. Nakamura, and Y. Mizuno
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 27 ページ: 542~547

    • DOI

      10.1007/s10043-020-00624-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Strain and temperature dependencies of multimodal interference spectra in hetero-core-fiber structures2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, S. Hagiwara, H. Lee, N. Hayashi, M. Nishiyama, K. Watanabe, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 058002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab8023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of laser temperature control on Brillouin optical correlation-domain reflectometry2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuno, N. Motoishi, K. Noda, H. Lee, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 052001~052001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab827b

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of cascaded forward Brillouin scattering seeded by backward stimulated Brillouin scattering in optical fibers2020

    • 著者名/発表者名
      N. Hayashi, Y. Mizuno, H. Lee, K. Nakamura, S. Y. Set, and S. Yamashita
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 17 ページ: 20200139

    • DOI

      10.1587/elex.17.20200139

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement range enlargement in Brillouin optical correlation-domain reflectometry based on chirp modulation scheme2020

    • 著者名/発表者名
      K. Noda, H. Lee, K. Nakamura, and Y. Mizuno
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 082003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aba151

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly Sensitive Fiber‐Optic Intrinsic Electromagnetic Field Sensing2020

    • 著者名/発表者名
      A. Leal-Junior, C. Diaz, A. Frizera, H. Lee, K. Nakamura, Y. Mizuno, C. Marques
    • 雑誌名

      Advanced Photonics Research

      巻: 2 ページ: 2000078

    • DOI

      10.1002/adpr.202000078

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 機械誘起長周期光ファイバグレーティングの反射型カスケード構造の特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      李ひよん、野田康平、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2020年(令和2年)秋季第81回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 傾斜利用BOCDRの最新展開2020

    • 著者名/発表者名
      李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      電子情報通信学会2020年度第4回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
    • 招待講演
  • [学会発表] プラスチック光ファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いた任意波長帯での振動測定2020

    • 著者名/発表者名
      元石直樹、野田康平、李ひよん、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2020年(令和2年)秋季第81回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 偏波光相関領域反射計の提案2020

    • 著者名/発表者名
      野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2020年(令和2年)秋季第81回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] プラスチック光ファイバに描画したFBGの動作波長帯の劇的拡大2020

    • 著者名/発表者名
      元石直樹、野田康平、李ひよん、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      電子情報通信学会2020年度第3回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] OCDRを用いた偏波状態の分布測定2020

    • 著者名/発表者名
      野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      電子情報通信学会2020年度第3回光ファイバ応用技術研究会(OFT)
  • [学会発表] ブリルアン散乱に基づく分布型光ファイバセンサの高性能化2020

    • 著者名/発表者名
      水野洋輔、野田康平、李ひよん、中村健太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会2020年度第6回フォトニックネットワーク研究会(PN)
    • 招待講演
  • [学会発表] OCDR技術を用いた新たなLiDARの提案2020

    • 著者名/発表者名
      清住空樹、宮前知弥、野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 電気スペクトラムアナライザを撤廃した簡素化OCDR2020

    • 著者名/発表者名
      宮前知弥、清住空樹、野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 歪ダイナミックレンジの制限のない高速BOCDRの提案2020

    • 著者名/発表者名
      岸澤知也、佐野元基、野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] Measurement error compensation in BOCDR by two-end light injection2020

    • 著者名/発表者名
      Guangtao Zhu、野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] ガラスおよびプラスチック光ファイバに描画した多モードFBGの動作波長帯の比較2020

    • 著者名/発表者名
      元石直樹、野田康平、李ひよん、Antreas Theodosiou、Kyriacos Kalli、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 偏波光相関領域反射計における参照光偏波状態制御の自動化2020

    • 著者名/発表者名
      野田康平、李ひよん、中村健太郎、水野洋輔
    • 学会等名
      2021年(令和3年)春季第68回応用物理学会学術講演会
  • [備考] SIT Heeyoung-LEE Opto-Sensing Lab.

    • URL

      https://www.hylee.ice.shibaura-it.ac.jp/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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