ポリマー光ファイバのテーパー加工によるブリルアン散乱の増強とセンシング応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25709032
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 水野 洋輔 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (30630818)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 光ファイバセンサ / ブリルアン散乱 / ポリマー光ファイバ / プラスチック光ファイバ / 歪・温度分布センサ / 非線形光学 / テーパー加工 / 防災技術

研究実績の概要

28年度は、(1) 世界最高の動作速度を有する片端光入射型の分布型光ファイバ歪・温度センサの開発とポリマー光ファイバ（POF）への適用、(2) POF中のブリルアン散乱特性の吸水依存性の解明、(3) 歪と温度を同時に変化させた場合のPOF中のブリルアン散乱特性の解明、(4) 極めて簡素な構成によるロス分布センシングの実証、などの成果を収めた。以下、それぞれについて詳述する。
(1) ブリルアン散乱スペクトルの形状解析に基づき、従来の片端光入射型分布センシング技術「ブリルアン光相関領域反射計（BOCDR）」の動作速度を劇的に向上させた。得られた100 kHzのサンプリングレートは従来法の5000倍以上であり、振動の分布計測という新たな分野を切り拓く大きな成果である。本手法は、従来法より空間分解能も高く、数mmの歪を検出可能であることも示した。また、本手法をPOFに適用することにも成功した。(2) 吸水率が比較的大きいPOFにおいて、ブリルアン散乱特性の吸水に対する依存性を調査した。本成果は、水分センシングに適用できると期待される。(3) POF中のブリルアン散乱特性の歪および温度に対する依存性はすでに調査されていた。しかし、歪と温度が同時に変化した場合の挙動については、未解明であった。そこで、歪と温度のクロス効果について調査し、歪依存特性が温度に依存すること（およびその逆）を明らかにした。本成果は、ブリルアン散乱に基づくPOFセンサを実応用する際、正確な歪や温度変化の値を知るために必須となる。(4) 従来、ロス分布センシングのためには、音響光学変調器や参照光路が必要であった。今回、レーザーの線幅が非ゼロであることを活用し、それらを撤廃した極めて簡素な測定系でロス分布を測定することに成功した。低コスト化により、実用化が推進されると期待される。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Chung-Ang University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Chung-Ang University
• [雑誌論文] Cross effect of strain and temperature on Brillouin frequency shift in polymer optical fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Minakawa, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: J. Lightwave Technol. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry using polymer optical fibers with high propagation loss (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: J. Lightwave Technol. 巻: 35 ページ: 2306-2310
  • DOI: 10.1109/JLT.2017.2663440
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-end-access strain and temperature sensing based on multimodal interference in polymer optical fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kawa, G. Numata, H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: IEICE Electron. Express 巻: 14 ページ: 20161239
  • DOI: 10.1587/elex.14.20161239
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental study on depolarized GAWBS spectrum for optomechanical sensing of liquids outside standard fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, Y. Mizuno, K. Nakamura, S. Y. Set, and S. Yamashita
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 25 ページ: 2239-2244
  • DOI: 10.1364/OE.25.002239
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Refractive index sensing using ultrasonically crushed polymer optical fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, H. Lee, M. Shizuka, H. Tanaka, N. Hayashi, Y. Matsumoto, Y. Tanaka, H. Nakamura, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 10 ページ: 012201
  • DOI: 10.7567/APEX.10.012201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrahigh-speed distributed Brillouin reflectometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, N. Hayashi, H. Fukuda, K. Y. Song, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Light: Sci. Appl. 巻: 5 ページ: e16184
  • DOI: 10.1038/lsa.2016.184
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Operation of slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry: Comparison of system output with actual frequency shift distribution (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 24 ページ: 29190-29197
  • DOI: 10.1364/OE.24.029190
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simplified optical correlation-domain reflectometry employing proximal reflection point (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shizuka, H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 ページ: 128003
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.128003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrasonic welding of polymer optical fibres onto composite materials (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, H. Tanaka, K. Hasebe, N. Hayashi, Y. Ochi, T. Matsui, I. Nishizaki, Y. Matsumoto, Y. Tanaka, H. Nakamura, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Electron. Lett. 巻: 52 ページ: 1472-1474
  • DOI: 10.1049/el.2016.0905
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dependence of Brillouin frequency shift on water absorption ratio in polymer optical fibers (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Minakawa, K. Koike, N. Hayashi, Y. Koike, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 119 ページ: 223102
  • DOI: 10.1063/1.4953388
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry: proof of concept (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: IEEE Photon. J. 巻: 8 ページ: 6802807
  • DOI: 10.1109/JPHOT.2016.2562512
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simplified optical correlation-domain reflectometry without reference path (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shizuka, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Appl. Opt. 巻: 55 ページ: 3925-3928
  • DOI: 10.1364/AO.55.003925
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of backward guided-acoustic-wave Brillouin scattering in optical fibers using pump-probe technique (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: IEEE Photon. J. 巻: 8 ページ: 7100707
  • DOI: 10.1109/JPHOT.2016.2550321
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Measurement of the optical path length difference in an interferometer using a sinusoidally frequency-modulated light source (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, M. Shizuka, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 雑誌名: Appl. Opt. 巻: 55 ページ: 2904-2908
  • DOI: 10.1364/AO.55.002904
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Plastic optical fiber fuse: observation, characterization, and applications (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Aveiro, Portugal
  • 年月日: 2017-09-13 – 2017-09-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Operation of power-based BOCDR: measurement sensitivity influenced by spatial resolution (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2017-07-31 – 2017-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature sensing based on multimodal interference in plastic optical fibers: sensitivity enhancement by annealing (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2017-07-31 – 2017-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] Bond strength of CFRP molded on steel surface by VaRTM technology and its fiber optic sensing (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Mieda, H. Nakamura, T. Matsui, Y. Ochi, Y. Mizuno, K. Nakamura, and Y. Matsumoto
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Conference on FRP in Structures (APFIS 2017)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2017-07-19 – 2017-07-21
  • 国際学会
• [学会発表] Plastic optical fiber fuse and its impact on sensing applications (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2017-04-24 – 2017-04-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry using high-loss plastic optical fibers (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2017-04-24 – 2017-04-28
  • 国際学会
• [学会発表] Locally pressed plastic optical fibers for refractive index sensing (2017)
  • 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)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2017-04-24 – 2017-04-28
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of depolarized GAWBS for optomechanical sensing of liquids outside standard fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, Y. Mizuno, K. Nakamura, S. Y. Set, and S. Yamashita
  • 学会等名: 25th International Conference on Optical Fibre Sensors (OFS-25)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2017-04-24 – 2017-04-28
  • 国際学会
• [学会発表] Clarification of strain-temperature cross-sensitivity effect on Brillouin frequency shift in plastic optical fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Minakawa, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 25th International Conference on Optical Fibre Sensors (OFS-25)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2017-04-24 – 2017-04-28
  • 国際学会
• [学会発表] Distributed strain and temperature sensing using plastic optical fibers for smart materials and structures (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, H. Lee, N. Hayashi, and K. Nakamura
  • 学会等名: 3rd Annual World Congress of Smart Materials (WCSM 2017)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Power-based Brillouin optical correlation-domain reflectometry for high-speed distributed sensing (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 3rd Annual World Congress of Smart Materials (WCSM 2017)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Simplified configuration for distributed reflectivity measurement along optical fibers (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shizuka, H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 3rd Annual World Congress of Smart Materials (WCSM 2017)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Crushed plastic optical fibers: application to refractive index sensing (2017)
  • 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: 3rd Annual World Congress of Smart Materials (WCSM 2017)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Brillouin scattering in plastic optical fibers and its applications to high-speed distributed sensing (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, H. Lee, N. Hayashi, and K. Nakamura
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Optical Sensors Conference (APOS 2016)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2016-10-11 – 2016-10-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Beyond-nominal-resolution distributed strain sensing by slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Optical Sensors Conference (APOS 2016)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2016-10-11 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Single-end-access strain and temperature sensing based on multimodal interference in plastic optical fibers (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kawa, G. Numata, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Optical Sensors Conference (APOS 2016)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2016-10-11 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Strain dependence of Brillouin scattering properties in plastic optical fibers influenced by high temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Minakawa, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 25th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2016)
  • 発表場所: Birmingham, United Kingdom
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] POF-based slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 25th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2016)
  • 発表場所: Birmingham, United Kingdom
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] Refractive index sensing using ultrasonically crushed plastic optical fibers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, H. Lee, M. Shizuka, H. Tanaka, N. Hayashi, Y. Matsumoto, Y. Tanaka, H. Nakamura, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 25th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2016)
  • 発表場所: Birmingham, United Kingdom
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] Simplified optical correlation-domain reflectometry with proximal reflection point using CYTOP (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shizuka, H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 25th International Conference on Plastic Optical Fibers (POF 2016)
  • 発表場所: Birmingham, United Kingdom
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of Brillouin scattering in plastic optical fibers for sensing applications (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 37th Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2016)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2016-08-08 – 2016-08-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fiber-optic guided-acoustic-wave Brillouin scattering observed with pump-probe technique (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Hayashi, H. Lee, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 21st OptoElectronics and Communication Conference and International Conference on Photonics in Switching 2016 (OECC/PS 2016)
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] Proof of concept for Brillouin optical correlation-domain reflectometry assisted by spectral slope (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Lee, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 21st OptoElectronics and Communication Conference and International Conference on Photonics in Switching 2016 (OECC/PS 2016)
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] Simplified optical correlation-domain reflectometry without reference path (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shizuka, N. Hayashi, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 21st OptoElectronics and Communication Conference and International Conference on Photonics in Switching 2016 (OECC/PS 2016)
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrasonic welding of plastic optical fibers onto composite materials (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, H. Tanaka, K. Hasebe, N. Hayashi, Y. Ochi, T. Matsui, I. Nishizaki, Y. Matsumoto, Y. Tanaka, H. Nakamura, Y. Mizuno, and K. Nakamura
  • 学会等名: 21st OptoElectronics and Communication Conference and International Conference on Photonics in Switching 2016 (OECC/PS 2016)
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-07
  • 国際学会
• [備考] 東工大プレスリリース：光ファイバーセンサーの超高速化に成功
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2016/036927.html
• [備考] Yosuke Mizuno's Website
  • URL: http://www.nakamura.pi.titech.ac.jp/ymizuno/