多パラメータ多地点同時計測のための高感度光ファイバセンサの研究

自然災害による地震、地滑りや火山活動、あるいは建造物の老朽化による劣化などを検知・診断するため、多地点のセンシングシステムの開発は重要度を増してきている。本研究では、遠隔地のリモートセンシングへの適用が期待できる光ファイバセンサシステムに着目し、光ファイバに複数のセンシング部を組み合わせた多地点同時計測可能な高機能で高感度な光センシングシステムの研究開発を目的とする。第一の検討では、光ファイバの側面をシリコンコア付近まで削ったD型側面切削ファイバによる高感度な屈折率センサを提案した。金薄膜を切削部に形成し、金薄膜に接する液体中の電子が、近接したシリコンコアを伝搬する光波のエバネッセント波と表面プラズモン共鳴により相互作用し、伝搬光の吸収波長が変化する。これにより伝搬光は被測定物の屈折率に依存して特定の波長で減衰を受けるため、減衰波長を計測することで屈折率を測定できる。有限要素法による計算機シミュレーションの結果、屈折率1.25から1.6の範囲で減衰波長と線形性が見られ、屈折率センサとして働くことを明らかにした。先行研究と比較して感度は必ずしも高くはないが、作製が簡単なことと、使用波長帯が2um帯であり光ファイバ通信波長1.55um帯と離れているためクロストークの影響がなく相性が良い利点がある。第二の検討では、同様にシリコンコアを持つD型切削ファイバを用いたエタノール液体物の温度・濃度センサを提案した。原理は第一のセンサシステムと同様である。有限要素法による計算機シミュレーションの結果、シリコンコアの基本導波モードは波長に対して2つの損失ピークを持っており、それらは温度および濃度に依存して変化するため、波長の変化と温度・濃度変化を関係づける行列計算を行うことで同時計測可能であることを明らかにした。測定範囲は温度は10℃から40℃、濃度は0%から70%であった。

自然災害による地震、地滑りや火山活動、あるいは建造物の老朽化による劣化などを検知・診断するため、多地点のセンシングシステムの開発は重要度を増してきている。本研究では、遠隔地のリモートセンシングへの適用が期待できる光ファイバセンサシステムに着目し、光ファイバに複数のセンシング部を組み合わせた多地点同時計測可能な高機能で高感度な光センシングシステムの研究開発を目的とする。第一の検討では、光ファイバの側面をシリコンコア付近まで削ったD型側面切削ファイバによる高感度な屈折率センサを提案した。金薄膜を切削部に形成し、金薄膜に接する液体中の電子が、近接したシリコンコアを伝搬する光波のエバネッセント波と表面プラズモン共鳴により相互作用し、伝搬光の吸収波長が変化する。これにより伝搬光は被測定物の屈折率に依存して特定の波長で減衰を受けるため、減衰波長を計測することで屈折率を測定できる。有限要素法による計算機シミュレーションの結果、屈折率1.25から1.6の範囲で減衰波長と線形性が見られ、屈折率センサとして働くことを明らかにした。先行研究と比較して感度は必ずしも高くはないが、作製が簡単なことと、使用波長帯が2um帯であり光ファイバ通信波長1.55um帯と離れているためクロストークの影響がなく相性が良い利点がある。第二の検討では、同様にシリコンコアを持つD型切削ファイバを用いたエタノール液体物の温度・濃度センサを提案した。原理は第一のセンサシステムと同様である。有限要素法による計算機シミュレーションの結果、シリコンコアの基本導波モードは波長に対して2つの損失ピークを持っており、それらは温度および濃度に依存して変化するため、波長の変化と温度・濃度変化を関係づける行列計算を行うことで同時計測可能であることを明らかにした。測定範囲は温度は10℃から40℃、濃度は0%から70%であった。