マイクロメカニックスによるポリマー光ファイバー内の針状ドーパントの配向解析

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本課題は、プラスチック光ファイバー内に分散する介在物（ドーパント）の配向を調べることを目的とする。将来的には、プラスチック光ファイバーの優れた弾性的性質を利用して応力センシングに用いることを想定しており、本課題はその基礎研究に相当する。想定する介在物に求められる条件として、光ファイバーの大胆な変形に伴って内部で配向を揃えられるよう、形状に大きな異方性を持つこと、そしてこれと異方性軸を共有する光学的異方性を持つことが挙げられる。いくつかの光ファイバー試料を作製し、円柱型サンプルを上下の平板でプレスした系を検証した。試料のバリエーションとしては、ドーパントの種類と濃度、母材ポリマー、コア／ファイバーの直径比などをパラメーターとして振った。まず、この上下平板でプレスする最もシンプルな系において、ファイバーの透過光が応力によってどのように変わるかを調査した。この測定結果を構造計算によって検証した結果、理想的なヘルツの接触応力から導かれるファイバー断面内の応力分布が実際と異なることが示唆された。この結果を踏まえ、ファイバーの構造パラメーターへのフィードバックを行ったところ、コア／ファイバーの直径比のコントラストを大きくすることが応力への光信号の応答をより顕著化することが、現状の指針として得られている。また、より顕著な信号を取り出すために加圧部全長を光ファイバー全長に対し多くを占めるように設定した。この結果、プラスチック光ファイバーの微細な径変動がもたらす影響をより詳細に検証する必要が出てきた。研究室で製造する光ファイバーはプリフォームの延伸により得られるもので、この製造法をとる限りある程度以上の径変動は取り除けない。現在、構造計算により、この径変動の周期と大きさが光ファイバーの断面応力分布へ与える影響を調査している。