光ファイバ中のレイリー散乱を利用した高感度歪分布測定技術の研究開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550410
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 小山田 弥平 茨城大学, 工学部, 教授 (80292473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 真毅 茨城大学, 工学部, 講師 (90323211)
• Keywords: ファイバ応用 / 歪・温度測定 / 分布測定 / OTDR / レイリー散乱

Research Abstract

本研究で提唱する測定法では、光ファイバにコヒーレントな光パルスを入射して得られるレイリー散乱ジグザグ波形が歪を受けると変化し、適度に光周波数を変えると元に戻ることを利用するものである。本測定法を実現するためには、環境変化のない状態においてジグザグ波形の再現性が保たれなければならない。しかし、従来のOTDRでは、パルス光源の光周波数の安定性がよくないため、再現性のある波形は得られていなかった。我々は、前年度までの研究において、光周波数の変動が10MHz程度に抑えられたレーザをパルス光源として使用することにより、ほぼ同じ温度で測定した散乱波形は24時間の時間間隔をおいても概略同じ波形を示すことを確認した。しかし、この程度の再現性では提案する歪分布測定法の確認実験ができないため、更なる安定化を狙いとして、今年度は以下の検討を行った。
(1)前年度の実験において、散乱波形が0.02度程度の温度変化により大きく変化することが確認されたため、ファイバの周囲温度を0.001度の精度で測定可能な温度計(今年度の補助金にて購入)で測定した。これにより、温度と波形の関係を綿密に調べられるようになった。
(2)光ファイバに入射する光パルスの偏波面を90度変えて散乱波形を測定した。その結果、入射パルスの偏波面により波形が幾分変化することがわかった。これまで、光ファイバが等方性であることを仮定して実験を行っていたが、今回の実験結果は、光ファイバが弱い異方性を呈することを示している。
(3)上記結果を受けて、入射パルスの偏波面を変化させつつ散乱波形を取得し、平均化処理することによって、散乱波形に対する入射パルスの偏波の影響を除去した。その結果、ほぼ同じ温度で測定したレイリー散乱波形は数日間をおいてもほぼ同じであることが確認された。
上記結果より、十分とは言えないが、提唱する測定法に関する確認実験を行うための基礎ができた。