光ファイバ型相関領域反射計による歪・温度の高速分布測定：極限性能の追究と実用化

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本年度は、我々が提案した分布型光ファイバセンシング技術「ブリルアン光相関領域反射計（ブリルアンOCDR、BOCDR）」の性能向上を中心に、次の各方面から研究を推進した。すなわち、(1) BOCDRの偏波状態の分布測定への応用、(2) 圧縮センシングに基づくBOCDRの提案、(3) 電気スペクトラムアナライザ（ESA）を用いないOCDRの動作実証、(4) プラスチック光ファイバ（POF）グレーティングに基づく接触センシングの実証、(5) マルチコアPOFを用いた温度センシング法の提案、などである。以下、それぞれについて詳述する。(1) 既存のBOCDRは温度や歪の分布測定を前提としていたが、今回、測定対象を偏波状態（ストークスパラメータ）の分布にまで拡張することに成功した。この技術を「偏波OCDR（POCDR）」と名付け、その基礎理論を構築するとともに、基本動作を実証した。この結果は、側圧や電磁界の分布センシングの実現可能性を示唆する。(2) 圧縮センシングに基づき、実際のサンプリングレートよりも数倍速いBOCDRの動作速度を達成した。リアルタイムに動的歪を検出する際の性能向上に大きく寄与する成果である。(3) 実験系からESAを撤廃し、その代わりに独自の信号処理を施すことで、OCDRの性能を向上できることを示した。具体的には、空間分解能と測定速度のトレードオフの撤廃を実証した。(4) フェムト秒レーザを用いてPOFに描画したグレーティングを用いて、接触センシングを実証できることを示した。透過パワーと物体（金属およびゴム）の位置の関係を調査し、微小な変位センシングに応用できることも示した。(5) マルチコアPOF中のモード間干渉に基づく温度センシング法を開発した。透過スペクトルに対して機械学習を適用することで、高い精度で温度を推定できることを示した。