Mappa dell'optomeccanica di una fibra ottica standard. I colori denotano la forza dell'interazione tra luce e onde sonore. Una breve sezione, situato a circa 2 km dall'estremità di ingresso della fibra, è rivestito con un materiale diverso. Quella sezione è caratterizzata da una risposta opto-meccanica che raggiunge il picco a una diversa frequenza degli ultrasuoni. Il protocollo di analisi può distinguere tra i due mezzi di rivestimento anche se la luce nella fibra non lascia mai il nucleo interno. Credito:Il credito può essere dato a Bashan et al o all'intero team (Bashan, Diamandi, Londra, Prete, Zadok)
Le fibre ottiche fanno nascere Internet. Sono sottili fili di vetro, sottile come un capello umano, prodotto per trasmettere la luce. Le fibre ottiche trasportano migliaia di Giga bit di dati al secondo in tutto il mondo e viceversa. Le stesse fibre guidano anche le onde ultrasoniche, in qualche modo simili a quelli utilizzati nell'imaging medico.
Questi due fenomeni ondulatori, ottico e ultrasonico, possiedono attributi fondamentalmente diversi. Le fibre sono progettate per mantenere la propagazione della luce rigorosamente all'interno di una regione del nucleo interno, poiché ogni luce che penetra al di fuori di questa regione rappresenta la perdita di un segnale prezioso. In contrasto, le onde ultrasoniche possono raggiungere i confini esterni delle fibre, e sondare l'ambiente circostante.
Intuizione, e gran parte della formazione impartita nelle classi fondamentali di laurea in meccanica e ottica, istruisce a considerare le onde luminose e sonore come entità separate e non correlate. Ma questa prospettiva è incompleta. La propagazione della luce può guidare le oscillazioni delle onde ultrasoniche, come se fosse una specie di trasduttore, a causa delle regole di base dell'elettromagnetismo. Allo stesso modo, la presenza di ultrasuoni può disperdere e modificare le onde luminose. Le onde luminose e sonore possono interagire/influenzarsi a vicenda e non sono necessariamente separate e non correlate.
Il campo di ricerca dell'optomeccanica è dedicato allo studio di questa interazione. Tali studi, soprattutto sulle fibre, può essere molto utile e dare risultati sorprendenti. Per esempio, all'inizio di quest'anno gruppi di ricerca presso l'Università Bar-Ilan, Israele e l'EPFL, La Svizzera ha sviluppato protocolli di rilevamento che consentono alle fibre ottiche di "ascoltare" al di fuori di una fibra ottica dove non possono "guardare", basato su un'interazione tra onde luminose e ultrasuoni. Lanciando onde luminose in una singola estremità di una fibra di telecomunicazione standard, la configurazione di misurazione potrebbe identificare e mappare i fluidi liquidi su diversi chilometri. Questi risultati sono stati pubblicati in due articoli (nella rivista Comunicazioni sulla natura ). Tali metodi possono servire in oleodotti e gasdotti, monitoraggio di oceani e laghi, studi sul clima, impianti di desalinizzazione, controllo di processo nelle industrie chimiche, e altro ancora.
Mappa di interazione non lineare tra quattro componenti d'onda lungo 8 km di fibra, per diverse frequenze delle onde acustiche nella fibra. Credito:Londra, Diamandi, Basan, Zadok
Gli effetti reciproci delle onde luminose e sonore che si co-propagano in una fibra continuano ad attirare interesse e attenzione. In un articolo appena pubblicato sulla rivista Lettere di fisica applicata—Fotonica , il gruppo di ricerca del Prof. Avi Zadok, della Facoltà di Ingegneria e dell'Istituto per le nanotecnologie e i materiali avanzati dell'Università di Bar-Ilan, ha portato questo studio un passo avanti. Il gruppo ha costruito uno spettrometro distribuito, un protocollo di misurazione in grado di mappare i livelli di potenza locale di più componenti di onde ottiche su molti chilometri di fibra. "Le misurazioni svelano come la generazione di onde ultrasoniche può mescolare insieme queste onde ottiche. Piuttosto che propagarsi indipendentemente, le interazioni opto-meccaniche portano all'amplificazione di determinate onde ottiche, e all'attenuazione degli altri, in modo complicato. Le dinamiche complesse osservate sono pienamente spiegate, però, da un modello corrispondente, " disse Zadok.
Il rapporto di Zadok e dei dottorandi Yosef London, Hagai Diamandi e Gil Bashan sono evidenziati nel diario come "Editor's Pick". Questa nuova visione dell'optomeccanica delle fibre ottiche può ora essere applicata a sistemi di sensori di portata più lunga, maggiore risoluzione spaziale, e una migliore precisione per assistere, Per esempio, nella rilevazione di perdite nei serbatoi, dighe e condutture.
