Mapa de la opto-mecánica de una fibra óptica estándar. Los colores denotan la fuerza de la interacción entre la luz y las ondas sonoras. Una pequeña sección, ubicado a unos 2 km del extremo de entrada de la fibra, está recubierto con un material diferente. Esa sección se caracteriza por una respuesta opto-mecánica que alcanza su punto máximo a una frecuencia ultrasónica diferente. El protocolo de análisis puede distinguir entre los dos medios de recubrimiento aunque la luz en la fibra nunca abandona el núcleo interno. Crédito:Se puede dar crédito a Bashan et al o a todo el equipo (Bashan, Diamandi, Londres, Preter, Zadok)
Las fibras ópticas hacen posible Internet. Son finos hilos de vidrio, tan delgado como un cabello humano, producido para transmitir luz. Las fibras ópticas transportan miles de giga bits de datos por segundo en todo el mundo y viceversa. Las mismas fibras también guían las ondas de ultrasonido, algo similar a los utilizados en imágenes médicas.
Estos dos fenómenos de ondas, ópticos y ultrasónicos, poseen atributos que son fundamentalmente diferentes. Las fibras están diseñadas para mantener la propagación de la luz estrictamente dentro de una región central interna, ya que cualquier luz que penetre fuera de esta región representa la pérdida de una preciosa señal. A diferencia de, las ondas ultrasónicas pueden alcanzar los límites exteriores de las fibras, y sondear sus alrededores.
Intuición, y gran parte de la formación impartida en las clases fundamentales de pregrado en mecánica y óptica, instruye a considerar las ondas de luz y sonido como entidades separadas y no relacionadas. Pero esta perspectiva es incompleta. La luz de propagación puede impulsar las oscilaciones de las ondas ultrasónicas, como si fuera una especie de transductor, debido a las reglas básicas del electromagnetismo. Igualmente, la presencia de ultrasonido puede dispersar y modificar las ondas de luz. Las ondas de luz y sonido pueden interactuar / afectarse entre sí y no necesariamente están separadas y no relacionadas.
El campo de investigación de la opto-mecánica se dedica al estudio de esta interacción. Tales estudios, especialmente en fibras, puede ser muy útil y dar resultados sorprendentes. Por ejemplo, a principios de este año, los grupos de investigación de la Universidad de Bar-Ilan, Israel y EPFL, Suiza desarrolló protocolos de detección que permiten que las fibras ópticas "escuchen" fuera de una fibra óptica donde no pueden "mirar". basado en una interacción entre ondas de luz y ultrasonido. Al lanzar ondas de luz en un solo extremo de una fibra de telecomunicaciones estándar, la configuración de medición podría identificar y mapear medios líquidos a lo largo de varios kilómetros. Estos hallazgos se publicaron en dos artículos (en la revista Comunicaciones de la naturaleza ). Tales métodos pueden servir en oleoductos y gasoductos, monitorear océanos y lagos, estudios climáticos, plantas de desalinización, control de procesos en industrias químicas, y más.
Mapa de interacción no lineal entre cuatro componentes de onda a lo largo de 8 km de fibra, para diferentes frecuencias de ondas acústicas en la fibra. Crédito:Londres, Diamandi, Basán Zadok
Los efectos mutuos de las ondas de luz y sonido que se propagan conjuntamente en una fibra continúan atrayendo interés y atención. En un artículo recién publicado en la revista Letras de física aplicada:fotónica , el grupo de investigación del Prof. Avi Zadok, de la Facultad de Ingeniería e Instituto de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad Bar-Ilan, llevó este estudio un paso más allá. El grupo construyó un espectrómetro distribuido, un protocolo de medición que puede mapear los niveles de potencia local de múltiples componentes de ondas ópticas en muchos kilómetros de fibra. "Las mediciones revelan cómo la generación de ondas ultrasónicas puede mezclar estas ondas ópticas. En lugar de propagarse de forma independiente, las interacciones opto-mecánicas conducen a la amplificación de ciertas ondas ópticas, y a la atenuación de los demás, de manera complicada. La dinámica compleja observada se tiene en cuenta por completo, sin embargo, por un modelo correspondiente, "dijo Zadok.
El informe de Zadok y los estudiantes de doctorado Yosef London, Hagai Diamandi y Gil Bashan se destacan en la revista como una "Selección del editor". Esta nueva visión de la opto-mecánica de las fibras ópticas ahora se puede aplicar a los sistemas de sensores de mayor alcance, mayor resolución espacial, y mejor precisión para ayudar, por ejemplo, en la detección de fugas en embalses, presas y oleoductos.
