光ファイバーコアの光熱振動を利用した密度のフォトニックセンシング

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レーザ光をオンオフ変調して薄板に照射すると、熱弾性曲げ効果によりその変調周波数で機械的な振動が発生する現象は光音響効果あるいは光熱効果として知られている。光学的に振動を与えることができるので、非接触計測あるいは非破壊検査の有用な手段として注目され、試料表層部の欠陥の画像化、ラミネート構造のはがれの検査、および共振周波数の変化を利用した圧力等のフォトニックセンシングが提案されている。レーザ光を吸収することによって起こる熱膨張は一般に微小であるが、不均一な温度分布が実現できれば、同じ材質の試料でもかなり大きいものとなり、特に変調周波数が試料の機械的な共振周波数に一致すると、さらに大きな振動が得られる。共振周波数は試料の材質、機械的な構造、および固定方法により主に決まるが、張力、温度および周りの気体や液体の密度にも若干依存するので、共振周波数によってこれらの物理量のフォトニックセンシングが可能である。光熱振動を利用した超小型のセンサーがいくつか提案されているが、実用的なものはきわめて少ない。その最も大きな原因は光学系の調整にある。実際、例えば真空中や液体中で微小振動子に半導体レーザ等の赤外光の焦点を絞って照射することはそれほど容易ではなく、実用的とは言いがたい。我々は汎用の石英ガラスファイバーの先端を微細加工することによって、小型の片持ち梁をその備えた光ファイバーセンサーを提案している。この方式によれば励振用の光エネルギーの伝送が容易になり、光学系もかなり簡便になる。本報告では、光ファイバーの光熱振動の共振周波数の気体中および液体中における密度依存性および温度依存性について述べ、これらの物理量のフォトニックセンシングの可能性について検討する。
1995-03-27

光ファイバーコアの光熱振動を利用した密度のフォトニックセンシング

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