光コムパルス干渉法を用いた大型構造物の超精密三次元絶対計測

利用光梳脉冲干涉技术对大型结构进行超精密三维绝对测量

• 批准号: 20J22256
• 负责人: 増田 秀征
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22256/
• 关键词: ファイバセンシング; 光周波数コム; 絶対測長; エタロン; 光コム; 絶対距離計測; ウォータガイドレーザ; パルス干渉; ウォータガイドレーザ加工

近年，コストの増大する大型構造物やインフラの管理，高精度・高効率な生産のためのスマートファクトリー，海洋や地殻調査などの学術研究等の領域で，高精度なセンシング技術はますます重要になってきている．そこで本研究では，高精度な歪みや温度センシングを目的として，光コムパルス干渉法とファイバエタロンを用いた新しいファイバセンサの開発に取り組んできた．これは，コム光のエタロン導入時に，エタロンと光コムの共振器長がハーモニックな関係になる場合，特徴的な干渉が得られる現象を利用するものである．これを用いて，ファイバ中に実装したエタロンにコム光を導入し，その繰り返し周波数を走査することで，エタロン絶対長を測定する．このエタロン長変化から，温度や歪みなどの情報を得ることができる．この手法では，数百 mmのエタロンに対して数ナノメートルオーダの従来法と比較して高い分解能が得られる．また，光コムの繰り返し周波数走査を利用することで，一般的に難しい高精度な波長計測を必要とせず，シンプルな測定系で実現可能である．本研究ではこの手法を実現するための，多層膜コーティングされたファイバコネクタ端でファイバを挟み込む構造と二種のファイバによる分散補償を用いたファイバエタロンを開発し，この絶対長の測定を行った．このとき，測定手法から想定されるものと合致する数 nm程度の繰り返しが得られた．また，このファイバエタロンの温度応答と歪応答について試験し，良好な線形性が得られた．さらに，エタロン共振器長と光コム共振器長の比を大きくし測定精度を向上させるために，エルビウムドープファイバによる増幅機構を内蔵するファイバエタロンを提案及び開発し，その原理検証を行った．以上により，光コムを用いた新しい測定原理に基づいた，シンプルで高精度なファイバセンシングシステムが実現できた．

近年来，高精度传感技术在成本不断增加的大型结构和基础设施的管理、高精度、高效生产的智能工厂以及海洋和地壳调查等学术研究等领域变得越来越重要。它变得越来越多。因此，在这项研究中，我们一直致力于开发一种使用光梳脉冲干涉仪和光纤标准具的新型光纤传感器，以实现高精度的应变和温度传感。这利用了当梳状光引入标准具时，标准具和光梳的谐振器长度具有谐波关系时发生特征干涉的现象。利用这一点，我们通过将梳状光引入安装在光纤中的标准具并扫描其重复频率来测量标准具的绝对长度。从标准具长度的变化中可以获得温度和应变等信息。与传统方法（几纳米量级）相比，这种方法可以为数百毫米的标准具获得更高的分辨率。此外，通过使用光梳的重复频率扫描，可以用简单的测量系统来实现这一点，而不需要高精度的波长测量，而这通常是困难的。在本研究中，为了实现该方法，我们开发了一种光纤标准具，该标准具采用将光纤夹在涂有多层膜的光纤连接器端部之间的结构，并使用两种类型的光纤进行色散补偿，并测量了绝对长度该光纤标准具。此时，获得约数nm的重复率，这与测量方法的预期相符。我们还测试了该光纤标准具的温度响应和应变响应，发现线性良好。此外，为了增加标准具谐振器长度与光梳谐振器长度的比值，提高测量精度，我们提出并开发了一种采用掺铒光纤的内置放大机构的光纤标准具，并验证了其原理。综上所述，我们基于使用光梳的新测量原理实现了简单且高精度的光纤传感系统。

项目成果

ウォータガイドレーザ加工における加工位置のインプロセス計測（第一報）-光コムによるインプロセス計測手法の提案-

水导激光加工中加工位置的在线测量（第一次报告） - 使用光梳的在线测量方法的提案 -

• 发表时间: 2020
• 作者: Toshihiro Shibukawa;Shingo Nishimoto;Shuhei Matsushita;Shinichi Yokobori;Kazuki Takashima;Akihiro Ishikawa;Ryu Funase;and Shinichi Nakasuka;増田秀征，櫻井政宏， 門屋祥太郎， 道畑正岐， 高橋哲
• 通讯作者: 増田秀征，櫻井政宏， 門屋祥太郎， 道畑正岐， 高橋哲

ウォータガイドレーザによる超高アスペクト比微細穴加工に関する研究

水导激光超高深宽比微孔加工研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Keisuke Maezono;Shintaro Kobayashi;Koshiro Tabata;Kentaro Yoshii;Hiroaki Kariwa;今田舜介，辻 尚道，外村俊輔;鷲尾涼太，増田秀征，増井周造，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋 哲
• 通讯作者: 鷲尾涼太，増田秀征，増井周造，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋 哲

ウォータガイドレーザ加工における加工位置のインプロセス計測（第三報）-ウォータガイドへの計測ビームの導入と評価

水导激光加工中加工位置的在线测量（第三报告）——测量光束对水导的介绍和评价

• 发表时间: 2021
• 作者: Shusei Masuda;Shotaro Kadoya;Masaki Michihata;Satoru Takahashiu;増田秀征，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋哲
• 通讯作者: 増田秀征，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋哲

Novel fiber sensor using etalon multi-reflection and pulsed interference

使用标准具多重反射和脉冲干涉的新型光纤传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: Shusei Masuda

ウォータガイドレーザ加工による機能表面の創製に関する研究-高速顕微観察による横モード制御の基礎的検討-

通过水导激光加工创建功能表面的研究 - 利用高速显微观察的横向模式控制的基础研究 -

• 发表时间: 2021
• 作者: Itakura Yukari;Tabata Koshiro;Morimoto Kohei;Ito Naoto;Chambaro Herman M.;Eguchi Ryota;Otsuguro Ken-ichi;Hall William W.;Orba Yasuko;Sawa Hirofumi;Sasaki Michihito;大澤真悠子，増田秀征，増井周造，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋 哲
• 通讯作者: 大澤真悠子，増田秀征，増井周造，門屋祥太郎，道畑正岐，高橋 哲