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超音波生成ファイバセンサ、被覆ファイバで動作

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February, 12, 2019, Écublens--光ファイバセンサにおける最近の主要なブレイクスルーにより、ガラスファイバの外側で液体のマッピングが容易になった。
 ファイバ内の導波光が直接そこに届かなくても可能である。そのように一見逆説的な計測は、オプトメカニクスの物理原理に基づいている。光伝搬は、それ自体、光ファイバで超音波を十分誘導できる。この超音波は、今度はファイバ周辺を調べることができ、医療診断で一般的な超音波イメージングと同じである。キロメートル長ファイバの外側の液体の分析は、Barllan University、EPFLの研究者が独立に報告している。
 しかし、これまでに得られた成果には1つの大きな弱点があった。薄いガラスファイバの保護ポリマ被覆を最初に除去しなければならなかった。その保護被覆、「ジャケット」がないと、125µm径のベアファイバは、使い物になるとは言えない。研究室の外で、保護されていないキロメートル長の光ファイバは考えにくい。残念ながらファイバの標準被覆は、非常に適合性が高い内層アクリルポリマで造られている。その層は、光ファイバから来る超音波を完全に吸収するので、超音波は計測媒体に届くことはない。被覆の存在は、そのセンサコンセプが克服しなければならないもう1つの障害である。 
 この課題へのソリューションは、別のふさわしい被覆方式により得られる。商用利用できるファイバは、ポリイミドでできたジャケットでも保護できる。その特殊材料は、当初高温でファイバを保護するために提案されていた。しかし、Bar-Ilan と EPFLの最近の研究は、ポリイミド被覆も超音波を透過させることを実証している。その結果は重要である。Bar-Ilan大学の研究チームは、Applied Physics Letters-Photonicsで新たな論文を報告している。保護されたファイバの外側にある媒体をオプトメカニカルセンシングし、分析できる。保護されたファイバは、適切な状況に導入可能なのである。
 研究グループは、被覆ファイバにおける光と音の相互作用の徹底分析を行った。結合構造は、多くの弾性モードをサポートしている。これは複雑な結合力学を示している。
 Bar-Ilan大学教授、Avi Zadokは「われわれの分析の示すところでは、そのオプトメカニカルな作用は、ベアファイバの作用と比べるとはるかに複雑である。その結果は、被覆層の厚さと形状におけるサブミクロン耐性に強く依存する。適切なキャリブレーション形式が不可欠である」と話している。
 こうした付加的困難にもかかわらず、被覆ファイバ外側の液体のマッピングは実験的に実証された。研究グループは、そのほとんどが水没させられた1.6kmのポリイミド被覆ファイバでセンシングを達成した。しかし、200m長の部分は、水の代わりにエタノール内に保持した。計測は、2つの液体を区別し、適切にエタノールの箇所を見つけ出した。結果は、この成功の見込みかある発想にとって大きな成果である。「一つ可能なアプリケーションは灌漑のモニタリングである。水の存在が、被覆の特性を変える。われわれの計測プロトコルは、そのような変化を特定できる」とZadok教授はコメントしている。継続作業は、計測の範囲、分解能、精度の改善である。