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公開番号2025034863
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141524
出願日2023-08-31
発明の名称レーザードップラー振動計及び振動測定方法
出願人沖電気工業株式会社
代理人個人,個人
主分類G01H 9/00 20060101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】長尺な光ファイバを用いた場合であっても、光干渉計及び光検出器を1組で構成できる、小型・低コストなレーザードップラー振動計及び振動測定方法を提供する。
【解決手段】レーザー光源からのレーザー光を2分岐して一方のレーザー光を照射光とし、他方のレーザー光を局所光として生成する第1の光カプラと、第1の光カプラで生成された照射光を第1の光路を介して受光し、及び、第2の光路を介して測定対象物に照射し、並びに、照射光が測定対象物で反射した測定光を第2の光路を介して受光し、及び、測定光を第1の光路を伝播させるセンサーヘッドと、第1の光路を伝播した測定光と局所光とを干渉させて干渉光を生成する第2の光カプラと、干渉光から測定対象物の振動の情報を取得する電気処理系とを備えて構成される。センサーヘッドは、偏波を45°回転させるファラデー回転子を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
レーザー光源からのレーザー光を２分岐して一方のレーザー光を照射光とし、他方のレーザー光を局所光として生成する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラで生成された前記照射光を第１の光路を介して受光し、及び、第２の光路を介して測定対象物に照射し、並びに、前記照射光が測定対象物で反射した測定光を前記第２の光路を介して受光し、及び、前記測定光を前記第１の光路を伝播させるセンサーヘッドと、
前記第１の光路を伝播した測定光と前記局所光とを干渉させて干渉光を生成する第２の光カプラと、
前記干渉光から前記測定対象物の振動の情報を取得する電気処理系と
を備え、
前記センサーヘッドは、偏波を４５°回転させるファラデー回転子を備える
レーザードップラー振動計。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
第１の入出力ポートに入力された、前記第１の光カプラで生成された照射光を、第２の入出力ポートから出力して前記第１の光路を伝播させ、及び、第２の入出力ポートに入力された、前記第１の光路を伝播した測定光を、第３の入出力ポートから出力させる、光合分波器と、
前記光合分波器の前記第３の入出力ポートから出力した測定光の偏波を９０°回転させて、前記第２の光カプラに送る偏波回転器と
を備える請求項１に記載のレーザードップラー振動計。
【請求項３】
第１の入出力ポートに入力された、前記第１の光カプラで生成された照射光を、第２の入出力ポートから出力して前記第１の光路を伝播させ、及び、第２の入出力ポートに入力された、前記第１の光路を伝播した測定光を、第３の入出力ポートから出力させて前記第２の光カプラに送る、第１の光合分波器と、
第１の入出力ポートに入力された、前記第１カプラで生成された局所光を、第２の入出力ポートから出力して第３の光路を伝播させ、及び、第２の入出力ポートに入力された、前記第３の光路を伝播した局所光を、第３の入出力ポートから出力させて前記第２の光カプラに送る、第２の光合分波器と、
前記第３の光路の、前記第２の光合分波器とは反対側に設けられた、ファラデー回転子ミラーと
を備える請求項１に記載のレーザードップラー振動計。
【請求項４】
前記第３の光路の光路長が、前記第１の光路と前記第２の光路の光路長の和に等しい
請求項３に記載のレーザードップラー振動計。
【請求項５】
前記光合分波器が、光サーキュレータである
請求項２～４に記載のレーザードップラー振動計。
【請求項６】
前記光合分波器が、偏光ビームスプリッタである
請求項２～４に記載のレーザードップラー振動計。
【請求項７】
レーザー光を２分岐して一方のレーザー光を照射光とし、他方のレーザー光を局所光として生成する過程と、
前記照射光を第１の光路を介して受光し、及び、偏波を４５°回転させた後、第２の光路を介して測定対象物に照射する過程と、
前記照射光が測定対象物で反射した測定光を前記第２の光路を介して受光した後、偏波を４５°回転させ、及び、前記測定光を前記第１の光路を伝播させる過程と、
前記第１の光路を伝播した測定光と前記局所光とを干渉させて干渉光を生成する過程と、
前記干渉光から前記測定対象物の振動の情報を取得する過程と
を備え、
前記２回の偏波の４５°回転は、非相反的である
振動測定方法。
【請求項８】
前記干渉光を生成する過程の前に行われる、
前記第１の光路を伝播した測定光の偏波を９０°回転させる過程
を備える請求項７に記載の振動測定方法。
【請求項９】
前記干渉光を生成する過程の前に行われる、
前記局所光を、第３の光路を伝播させる過程と、
前記第３の光路を伝搬した局所光の偏波を９０°回転させる過程と、
偏波が９０°回転した局所光を、再び、前記第３の光路を伝播させる過程と
を備える
請求項７に記載の振動測定方法。
【請求項１０】
前記局所光の偏波を９０°回転させる過程は、
前記第３の光路を伝搬した局所光の偏波を４５°回転させた後、全反射させる過程と、
全反射した局所光の偏波を４５°回転させた後、再び、前記第３の光路を伝播させる過程とを含み、
前記局所光に対して行われる、２回の偏波の４５°回転は、非相反的である
請求項９に記載の振動測定方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザードップラー振動計、及び、このレーザードップラー振動計で行うことができる振動測定方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
先ず、従来のレーザードップラー振動計の概要を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来のレーザードップラー振動計では、レーザー光源で生成されたレーザー光を２分岐し、一方を照射光、他方を局所光とする。照射光を測定対象物に当てると、照射光は測定対象物で反射する。照射光が反射した測定光には、測定対象物の振動状態に応じてドップラー効果による周波数シフトが生じ、この周波数シフトが位相変化として現れる。従って、測定対象物によって与えられた位相変化を測定できれば、測定対象物の振動状態を知ることができる。
【０００４】
一般に、レーザードップラー振動計での位相情報の抽出には、互いに波長の異なる、測定光と局所光との干渉縞を光電変換器で検出するヘテロダイン検波が用いられる。
【０００５】
従来、振動測定で広く用いられる接触型の振動センサでは、遠方の物体や高温・高磁場下の物体の振動測定が困難であった。これに対し、レーザードップラー振動計は離れた場所から光を照射することで非接触の測定が可能であるため、これらの振動測定も可能である。
【０００６】
レーザードップラー振動計として、測定対象物への光の入出力を行う、対物レンズ等を含むセンサーヘッド部と、局所光と信号光の干渉、干渉により生じる干渉光の受光、干渉光の受光により得られる電気信号の信号処理などを行う測定部を分離するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献２に記載の構成を採用することで、レーザー光波長として、光通信などで用いられる１．３μｍ帯や１．５μｍ帯を利用できる。これにより、低損失で長尺な光ファイバを利用することができ、測定部とセンサーヘッド部の間を数百ｍ以上引き離すことが可能となる。センサーヘッド部は基本的には対物レンズのような小型の光学部品のみで構成され、小型化が可能である。
【０００８】
このような長尺な光ファイバを測定光の光路に用いる構成は、装置設置環境の制約などにより、測定対象の近傍に大型なセンサーヘッド部や測定部などの設置が困難な利用環境において特に有望である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００１－１５９５６０号公報
特開２０２２－６７１４８号公報
【非特許文献】
【００１０】
Hidetoshi Kumagai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, and Nobuyuki Imoto, “Robustness of quantum communication based on a decoherence-free subspace using a counter-propagating weak coherent light pulse,” Physical Review A 87, 052325 - Published 28 May 2013.
Amnon Yariv, “Operator algebra for propagation problems involving phase conjugation and nonreciprocal elements,” APPLIED OPTICS, Vol. 26, No. 21, pp. 4538-4540, 1 November,1987.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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