横浜国立大学、東京工業大学、芝浦工業大学、エスピリトサント連邦大学(ブラジル)、アヴェイロ大学(ポルトガル)の国際共同研究チームは、プラスチック光ファイバーヒューズという新たな物理現象に基づき、光ファイバーを用いて磁界を計測することに成功した。

 光ファイバーセンサーが持つ多くの利点の一つに電磁ノイズに強いという性質がある。強電磁界環境での変形や温度の測定には有利だが、磁界自体の計測は困難だ。従来の光ファイバー型の磁界センサーには磁界に反応する物質が能動的に添加され、高コストでシステム構成自体も複雑だった。そこで、特別な物質が不要の低コスト光ファイバーを用いた、高感度で簡素な構成の磁界センサーの実現が望まれていた。

 2014年に横浜国立大学の水野洋輔准教授らは、プラスチック光ファイバー中でのヒューズ現象(光による光ファイバーの破壊現象)を初めて観測した。今回、ヒューズ後のプラスチック光ファイバーが磁界に反応することを初めて発見し、モード間干渉(異なる経路を通過した複数の光の相互干渉)と呼ばれる簡素な構成をセンサーに組み込むことで、低コストかつ超高感度な磁界計測に成功した。

 また、5cmの光ファイバーを用いた場合に、センサーの出力スペクトルのピーク波長が極めて高い感度(113.5pm/mT)でシフトすることを実証した。このセンサーは日本国内の地磁気の大きさに相当する微小な磁界(45µT)の変化が検出可能。これは、テルビウム添加光ファイバーを用いた従来法(20 mT)よりも数百倍小さい値だ。

 今回の研究成果は将来的に、電力系統、変圧器、回転機などの磁界モニターのほか、さまざまな分野における電磁環境調査への応用が期待される。

論文情報:【Advanced Photonics Research】Highly sensitive fiber-optic intrinsic electromagnetic field sensing

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