Negli ultimi anni le fibre ottiche sono servite come sensori per rilevare variazioni di temperatura, come un termometro, e pressione, come un nervo artificiale. Questa tecnica è particolarmente utile in strutture come ponti e gasdotti.

I ricercatori dell'EPFL hanno ora escogitato un nuovo metodo che consente alle fibre ottiche di identificare se sono in contatto con un liquido o un solido. Ciò si ottiene semplicemente generando un'onda sonora con l'aiuto di un raggio di luce all'interno della fibra. Lo studio è stato condotto dal Group for Fiber Optics (GFO) gestito da Luc Thévenaz all'interno della School of Engineering ed è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Un sensore che non disturba la luce

Non più largo di una ciocca di capelli, una fibra ottica in vetro trasmette la luce che varia secondo quattro parametri:intensità, fase, polarizzazione e lunghezza d'onda. Questi parametri vengono alterati quando la fibra viene allungata o la temperatura cambia, consentendo alla fibra di agire come un sensore rilevando crepe nelle strutture o temperature anomale. Ma fino ad ora non è stato possibile determinare cosa stesse accadendo intorno alla fibra senza che la luce fuoriesca dalla fibra, che ne interrompe il percorso.

Il metodo sviluppato all'EPFL utilizza un'onda sonora generata all'interno della fibra. È un'onda ad iperfrequenza che rimbalza regolarmente sulle pareti della fibra. Questa eco varia in luoghi diversi a seconda del materiale con cui l'onda entra in contatto. Gli echi lasciano un'impronta sulla luce che può essere letta quando il raggio esce dalla fibra, rendendo possibile mappare i dintorni della fibra. Questa impronta è così debole che disturba appena la luce che si propaga all'interno della fibra. Il metodo potrebbe essere utilizzato per rilevare cosa sta succedendo intorno a una fibra e inviare allo stesso tempo informazioni basate sulla luce.

I ricercatori hanno già immerso le loro fibre in acqua e poi in alcool, prima di lasciarli all'aria aperta. Ogni volta, il loro sistema era in grado di identificare correttamente il cambiamento nell'ambiente circostante. "La nostra tecnica consentirà di rilevare perdite d'acqua, così come la densità e la salinità dei fluidi che entrano in contatto con la fibra. Ci sono molte potenziali applicazioni, "dice Thévenaz.

Rilevamento spaziale e temporale

Questi cambiamenti nell'ambiente circostante sono localizzati grazie a un semplice metodo basato sul tempo. "Ogni impulso d'onda viene generato con un leggero ritardo. E questo ritardo si riflette all'arrivo del raggio. Se ci fossero disturbi lungo il percorso, possiamo sia vedere cosa fossero sia determinare la loro posizione, " spiega Thévenaz. "Per il momento, possiamo localizzare i disturbi entro una decina di metri, ma abbiamo i mezzi tecnici per aumentare la nostra precisione a un metro."

L'idea di utilizzare un'onda sonora nelle fibre ottiche è venuta inizialmente dai ricercatori partner del team presso l'Università Bar-Ilan in Israele. Dovrebbero seguire progetti di ricerca congiunti.