散乱スペクトルの傾斜を用いたブリルアン光相関領域反射計の性能向上および実用化

散射谱倾斜布里渊光相关区反射仪的性能改进及实际应用

• 批准号: 17J07226
• 负责人: 李 煕永
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07226/
• 关键词: 分布型光ファイバセンサ; ブリルアン散乱; 歪ダイナミックレンジ; 偏波ビート長; 長距離分布測定; プラスチック光ファイバ

本研究では、光ファイバ中で生じるブリルアン散乱の傾斜部分のある特定周波数でのパワー変化を抽出することで、長いファイバに沿った歪・温度・損失の分布を高速で測定する「傾斜利用ブリルアン光相関領域相関領域反射計（SA-BOCDR）」の性能向上に取り組んでいる。平成30年度まで、曲げ損失の影響の回避、偏波揺らぎの低減による安定性の向上、長距離での動作の実証など、実用化に向けた研究を行っていた。しかし、本システムの歪ダイナミックレンジが 0.2% 程度に制限されてしまうという大きな問題点が残っていた。また、従来のBOCDRで実証されていた偏波ビート長の分布測定が実証されていないことも課題であった。そこで、平成31年度（令和元年度）は、(1) 歪ダイナミックレンジの拡大、および、(2) 偏波ビート長の分布測定の実証、の２点に注力して研究を推進した。以下、両者の詳細を述べる。(1) BOCDRでは、一般に、散乱スペクトルに相関領域法特有の雑音成分（富士山型ノイズと呼ばれる）を含み、これがSA-BOCDRにおける歪ダイナミックレンジの制限要因となってしまう。そこで、まず、散乱スペクトルの形状をさまざまな空間分解能に対して精緻に取得し比較検討を行った。この結果を元に、SA-BOCDRにおいては空間分解能と歪ダイナミックレンジがトレードオフの関係にあることを明らかにした。続けて、この関係を活用し、背景雑音の一部成分を歪に依存させることにより、歪ダイナミックレンジを従来の約3倍まで拡大することに成功した。空間分解能の要求が厳しくない用途での有用性が大幅に改善された。(2) 大容量通信の品質を保つため、偏波ビート長の分布測定は重要な役割を果たす。そこで、SA-BOCDRでもこれを実証するとともに、その際の独自のメリット（高速動作や歪・温度測定モードとの容易なスイッチングなど）を明らかにした。

在这项研究中，我们正在努力提高“基于斜率的布里群光学相关区域相关区域反射器（SA-BOCDR）”的性能，该区域迅速测量了通过在光纤中发生的布鲁蛋白散射的特定频率提取特定频率的应变，温度和沿长光纤的损失的分布。直到2018年，进行了研究，以供实际使用，例如避免弯曲损失的影响，通过减少极化波动来提高稳定性以及在长距离内证明运行。但是，仍然存在一个主要问题，即该系统的失真动态范围限于约0.2％。另一个问题是，尚未证明由常规BOCDR证明的极化节拍长度的分布测量。因此，在2019年（Reiwa 1999），我们关注两个点：（1）失真动态范围的扩展和（2）偏振分布长度分布测量的演示。两者的详细信息在下面说明。 （1）在BOCDR中，散射频谱通常包含相关区域方法独特的噪声组件（称为富士山类型噪声），这是SA-BOCDR中失真动态范围的限制因素。因此，首先，对于各种空间分辨率，精确地获得了散射光谱的形状并进行了比较和检查。基于这些结果，我们透露，在SA-BOCDR中，空间分辨率和失真动态范围之间存在权衡关系。继续，通过利用这种关系，我们通过依靠失真为上一个模型的三倍，成功地增加了失真范围。在不严格要求空间分辨率的应用中，其实用性已大大提高。 （2）维持大容量通信的质量，极化长度的测量起着重要作用。因此，SA-BOCDR证明了这一点，并揭示了此功能的独特优势，例如高速操作以及通过失真和温度测量模式轻松切换。

项目成果

Distributed temperature sensing based on slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry with over 10 km measurement range

基于斜率辅助布里渊光相关域反射计的分布式温度传感，测量范围超过10公里

• DOI: 10.1049/el.2018.7998
• 发表时间: 2019
• 期刊: Electron. Lett.
• 作者: H. Lee;K. Noda;Y. Mizuno;and K. Nakamura
• 通讯作者: and K. Nakamura

Long-term stability enhancement of Brillouin measurement in polymer optical fibers using amorphous fluoropolymer

• DOI: 10.7567/jjap.57.018001
• 发表时间: 2017
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: N. Matsutani;Heeyoung Lee;Y. Mizuno;Kentaro Nakamura

Strain dependence of perfluorinated polymer optical fiber Bragg grating measured at different wavelengths

• DOI: 10.7567/jjap.57.038002
• 发表时间: 2018-02
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: R. Ishikawa;Heeyoung Lee;A. Lacraz;A. Theodosiou;K. Kalli;Y. Mizuno;Kentaro Nakamura

Infrared thermometry for breakage detection of optical fibers embedded in structures

• DOI: 10.7567/1882-0786/ab1e92
• 发表时间: 2019-05
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Y. Mizuno;Sonoko Hagiwara;Heeyoung Lee;Yutaka Ochi;T. Matsui;Y. Matsumoto;Yosuke Tanaka;Hitoshi Nakamura;Kentaro Nakamura

Slope-assisted Brillouin optical correlation-domain reflectometry using high-loss plastic optical fibers

• DOI: 10.1117/12.2267462
• 发表时间: 2017-04
• 期刊: 2017 25th Optical Fiber Sensors Conference (OFS)
• 作者: Heeyoung Lee;N. Hayashi;Y. Mizuno;Kentaro Nakamura