電気信号で読み取る新たな光ファイバひずみ・変位センシング原理を実証

横浜国立大学大学院工学研究院の水野洋輔准教授らの研究グループは、ポリマー光ファイバを用いた新たなひずみ・変位センシング原理を実証しました。本手法では、単一モード光ファイバ（SMF）–ポリマー光ファイバ（POF）–SMF構造を伝搬した光をフォトディテクタで電気信号に変換し、その電気スペクトルに現れる干渉ディップの周波数変化を読み取ります。従来のマルチモード干渉型光ファイバセンサでは、光スペクトルの変化を測定する方式が一般的でしたが、本手法では電気スペクトルを利用するため、より簡便で高速な計測への展開が期待されます。

研究グループは、1,070 nm帯の光源を用いた場合に電気スペクトル上に明瞭な干渉ディップが現れる一方、1,550 nmレーザを用いた場合にはこれらのディップが消失することを確認しました。この結果は、観測された干渉が多モード伝搬とフォトディテクタでのモード間ビートに由来することを示しています。また、57 cmのポリマー光ファイバに軸方向ひずみを加えたところ、干渉ディップが再現性よく可逆的にシフトし、ひずみセンシングに利用できることが示されました。

さらに本研究では、2本のシリカ光ファイバの間に可変エアギャップを設けることで、同じ原理を変位センシングにも拡張しました。エアギャップの変化に伴って電気スペクトル上の干渉ディップがシフトし、最大で約3.7 MHz/µmの感度が得られました。今後、支配的なモード寄与の定量的な解析、ファイバ構造や光源条件の最適化、温度応答の評価を進めることで、リアルタイムの機械変形計測や微小変位計測への応用が期待されます。

本研究成果は、2026年4月27日に米国電気電子学会の「IEEE Sensors Journal」誌にオンライン掲載されました。