Las fibras ópticas permiten nuestra era de Internet, ya que transportan grandes cantidades de datos en todo el mundo. Las fibras también son una excelente plataforma de sensores. Pueden alcanzar cientos de kilómetros, simplemente incrustado dentro de estructuras, y se puede instalar en un entorno peligroso donde está prohibido el uso de electricidad. Sin embargo, Los sensores de fibra óptica también se enfrentan a una desafío fundamental.

"Todo lo que toca la luz es nuestro reino, "dice el estudiante de doctorado Hagai Diamandi de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Bar-Ilan en Israel". queremos decir que cualquier medición óptica exige que la luz toque el medio bajo prueba ". Fibras ópticas estándar, sin embargo, están diseñados para hacer exactamente lo contrario. "Las fibras estándar están hechas de un revestimiento de vidrio, con un mucho más delgado, núcleo central, "continúa Diamandi." La luz se guía en el núcleo interno, y se hace todo lo posible para evitar que la luz se filtre al exterior. Una sustancia bajo prueba, en la mayoría de los casos, se encuentra fuera del revestimiento mucho más grande. Desafortunadamente, la luz guiada no toca gran parte del mundo exterior ".

Existe una posible solución basada en otras formas de propagación en la misma fibra. El estudiante de doctorado Yosef London explica:"Además del modo básico, la luz puede propagarse en la fibra llenando todo el revestimiento. En ese caso, puede 'sentir' lo que hay afuera ". Pero, ¿cómo se consigue que la luz cambie del modo de núcleo" normal "a esos modos de revestimiento? London continúa:" Aquí hay una trampa. El acoplamiento a los modos de revestimiento requiere la inscripción de permanente, perturbaciones periódicas en el medio de fibra, llamado 'rejillas'. Las rejillas se escriben en ubicaciones discretas. No puede borrarlos ni moverlos ". Por esa razón, Los sensores de modo de revestimiento están limitados a mediciones puntuales únicamente.

La principal fortaleza de los sensores de fibra óptica es el análisis distribuido espacialmente, en el que cada segmento de fibra sirve como un nodo de medición independiente. Los modos de revestimiento no podían admitir medidas distribuidas, hasta ahora. La idea revolucionaria provino de un tercer estudiante de doctorado en el grupo, Gil Bashan:"Existe una alternativa al uso de rejillas. En su lugar, podemos lanzar dos ondas ópticas fuertes en la fibra. Cuando sus frecuencias se eligen correctamente, las dos ondas pueden generar oscilaciones acústicas dentro del núcleo de la fibra, a frecuencias hipersónicas muy altas. Esas ondas acústicas se convierten en nuestras rejillas ". El principio se conoce como rejillas dinámicas de Brillouin. A diferencia de la inscripción permanente, Las rejillas dinámicas Brillouin se pueden encender y apagar a voluntad. También pueden limitarse a segmentos cortos de ubicaciones arbitrarias, y escaneado a lo largo de la fibra. "El principio se ha utilizado entre modos de núcleo de fibras durante más de una década, "dice Bashan." Lo llevamos a los modos de revestimiento ".

En un artículo publicado recientemente en Optica diario, el grupo informa un sensor de fibra en modo de revestimiento distribuido, el primero de su tipo. Al hacerlo, tuvieron que superar obstáculos considerables. El asesor Prof. Avi Zadok explica:"Existe una gran disparidad de tamaño entre los modos de núcleo y revestimiento. Los modos de núcleo se limitan a una región muy estrecha. Los modos de revestimiento se extienden sobre un área 200 veces mayor. Por esa razón, nos preocupaba que el acoplamiento entre los dos modos fuera débil e ineficiente ". el equipo pudo mostrar la medición precisa del índice de refracción fuera del límite del revestimiento del estándar, Fibra óptica sin modificar. La resolución espacial de las medidas fue de ocho centímetros. El análisis identificó correctamente secciones cortas de fibra sumergidas en agua y etanol, y claramente distinguido entre los dos. La incertidumbre en las mediciones de índices se ubicó en el cuarto decimal.

El profesor Zadok concluye:"Hemos demostrado un nuevo concepto de sensores de fibra óptica. Aborda un desafío de décadas:el mapeo distribuido del índice de refracción fuera del revestimiento de fibra estándar, donde la luz no llega ". El sensor se puede utilizar para la detección de fugas en infraestructura crítica, y seguimiento de procesos en la industria petroquímica, plantas de desalinización, producción de alimentos y bebidas y más.