Ejemplo de efecto no lineal que se puede observar en una fibra óptica. Todos los colores del arco iris se generan en la salida, mientras que solo hay un color presente en la entrada. Estamos hablando de supercontinuo. Autor proporcionado
Físicos de la Universidad de Lille, en colaboración con la Universidad de Ferrara en Italia, han introducido un río en un laboratorio óptico ... Acaban de observar la rotura de una barrera de fotones en una fibra óptica, un fenómeno directamente comparable con la ruptura de una presa colocada en el lecho de un río.
Nuestros colegas y nosotros hemos aprovechado la analogía entre la propagación de ondas en los ríos y la propagación de pulsos de luz en fibras ópticas para estudiar en detalle la formación de la onda que se despliega inmediatamente después de la rotura de una presa en un río. Y esto, cómodamente instalado en nuestro laboratorio óptico sin riesgo.
¿Gotas de agua en una fibra óptica?
Es más que una analogía:bajo ciertas condiciones, las ecuaciones que gobiernan la propagación de estas ondas son estrictamente idénticas para cada uno de estos medios. Por tanto, es sorprendente que el comportamiento de estos dos sistemas físicos, a priori completamente diferente, es idéntico. Más precisamente, hemos demostrado que las diminutas gotas de agua atrapadas detrás de la presa se comportan como granos de luz, los fotones, de un rayo láser cuando se propagan en una fibra óptica. Señalamos que esta analogía se había utilizado hace más de diez años para estudiar la formación de ondas rebeldes.
La situación que hemos estudiado es completamente diferente. Es una presa colocada en el lecho de un río que se rompe de repente (nada que ver con una ola rebelde). Para imitar la ruptura de una presa en una fibra óptica, Físicos franceses e italianos inyectaron en una fibra un rayo láser cuyas variaciones de intensidad en función del tiempo corresponden a la diferencia de niveles de agua ubicados aguas arriba y aguas abajo de la presa.
Rotura de una presa basada en simulaciones numéricas en un río / en una fibra óptica.
Para hacer esto, el láser se ve obligado a emitir un estallido de luz en forma de escalón, el nivel de los pasos correspondientes a la luminosidad del láser. Un primer paso de muy baja intensidad seguido de un segundo de muy fuerte intensidad luminosa. Los niveles de intensidad de la luz son similares a los niveles de agua en el río. Es importante enfatizar que para que la correspondencia sea válida es esencial que la transición sea extremadamente rápida entre estos dos pasos:generalmente 20 picosegundos o 20 mil millonésimas de milisegundo, lo que hace que estos experimentos sean muy complicados tanto para la generación de las señales como para su caracterización. Se necesitan dispositivos de alto rendimiento para lograr este nivel de precisión.
Pulsos de escalera
Durante su propagación en la fibra óptica, la apariencia temporal del pulso láser, inicialmente en el escalón de la escalera, se modifica porque, Por un lado, se generan nuevos colores y, por otra parte, estos colores no viajan a la misma velocidad. La transición repentina entre estos dos pasos evoluciona de manera gradual e inextricable hacia una transición más suave. ¡La presa está rota! La onda que se despliega conduce por la generación de una onda de choque y una onda de rarefacción que conectan las dos escaleras.
Estas dos ondas proporcionan la transición entre los dos niveles de intensidad en el marco del láser, o ambos niveles de agua en una presa en un río. Destaquemos, es importante, que el conjunto de observaciones experimentales ha sido validado mediante simulaciones numéricas. Esto confirma que el modelo utilizado describe con precisión el fenómeno y, por lo tanto, refuerza la fuerza de la analogía.
La principal diferencia radica en el hecho de que en óptica, la evolución tiene lugar a lo largo de la longitud de la fibra, mientras que en el caso de un río, el parámetro de evolución es el tiempo. Por lo tanto, seguir la formación de la ola tras la rotura de una presa, es necesario registrar la forma temporal del láser para diferentes longitudes de fibra, como se muestra en la figura siguiente.
Equipo de la torre de trefilado de fibra óptica Fibretech Lille.
A diferencia de romper una presa en un río, el experimento realizado en un laboratorio óptico está libre de riesgos, repetible y el conjunto de parámetros finamente ajustado. De hecho, es muy fácil cambiar la potencia del láser, su color o el tipo de fibra óptica. Por lo tanto, Es posible escanear una amplia gama de parámetros para lograr una comprensión fina del fenómeno (utilizamos el FibreTech Lille dibujo de la torre del laboratorio PHLAM, con sede en IRCICA para desarrollar y fabricar fibras ópticas optimizadas para este experimento).
Enfoque y perspectivas científicas
Debido a la analogía formal entre estos dos dominios, todas las conclusiones e interpretaciones pueden trasladarse al caso de la rotura de una presa en un río. Este trabajo constituye la primera validación experimental de predicciones basadas en una célebre teoría desarrollada por el matemático G.B. Whitham hace varias décadas y el sistema experimental implementado nos permitirá estudiar un problema más general planteado por el famoso matemático Riemann en el siglo XIX.
Finalmente, este trabajo ilustra el enfoque que siguen los físicos en la vida cotidiana. Desarrollan los modelos más universales posibles para describir y predecir lo que se observa en la naturaleza, colaborando con expertos de diferentes países.
El artículo fue publicado en la revista Physical Review Letters, titulado "Flujo dispersivo de ruptura de presa de un fluido fotónico".
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original. 
