Forskere kortlægger lys- og lydbølgeinteraktioner i optiske fibre

Optiske fibre får internettet til at ske. De er fine tråde af glas, så tynd som et menneskehår, produceret til at transmittere lys. Optiske fibre bærer tusindvis af Giga-bits data i sekundet over hele verden og tilbage. De samme fibre styrer også ultralydsbølger, noget ligner dem, der bruges til medicinsk billeddannelse.

Disse to bølgefænomener - optiske og ultralyd - har attributter, der er fundamentalt forskellige. Fibre er designet til at holde udbredelse af lys strengt inde i en indre kerneregion, da ethvert lys, der trænger uden for denne region, repræsenterer tabet af et værdifuldt signal. I modsætning, ultralydsbølger kan nå de ydre grænser af fibre, og undersøge deres omgivelser.

Intuition, og meget af den træning, der gives i grundlæggende bachelorklasser i mekanik og optik, instruerer at betragte lys- og lydbølger som separate og ikke-relaterede enheder. Men dette perspektiv er ufuldstændigt. Udbredelse af lys kan drive oscillationerne af ultralydsbølger, som om det var en slags transducer, på grund af de grundlæggende regler for elektromagnetisme. Ligeledes, tilstedeværelsen af ​​ultralyd kan sprede og ændre lysbølger. Lys- og lydbølger kan interagere/påvirke hinanden og er ikke nødvendigvis adskilte og uafhængige.

Forskningsfeltet opto-mekanik er dedikeret til studiet af dette samspil. Sådanne undersøgelser, især på fibre, kan være meget nyttigt og give overraskende resultater. For eksempel, tidligere på året forskergrupper ved Bar-Ilan University, Israel og EPFL, Schweiz udviklede føleprotokoller, der tillader optiske fibre at "lytte" uden for en optisk fiber, hvor de ikke kan "se", baseret på et samspil mellem lysbølger og ultralyd. Ved at sende lysbølger ind i en enkelt ende af en standard telekommunikationsfiber, måleopsætningen kunne identificere og kortlægge flydende medier over flere kilometer. Disse resultater blev offentliggjort i to artikler (i tidsskriftet Naturkommunikation ). Sådanne metoder kan tjene i olie- og gasrørledninger, overvågning af oceaner og søer, klimaundersøgelser, afsaltningsanlæg, proceskontrol i kemisk industri, og mere.

De gensidige effekter af lys- og lydbølger, der forplanter sig sammen i en fiber, tiltrækker fortsat interesse og opmærksomhed. I et papir netop offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver-Fotonik , forskergruppen af ​​prof. Avi Zadok, ved Bar-Ilan University's Fakultet for Ingeniørvidenskab og Institut for Nanoteknologi og Avancerede Materialer, tog denne undersøgelse et skridt videre. Gruppen konstruerede et distribueret spektrometer, en måleprotokol, der kan kortlægge lokale effektniveauer for flere optiske bølgekomponenter over mange kilometer fiber. "Målingerne optrævler, hvordan genereringen af ​​ultralydsbølger kan blande disse optiske bølger sammen. I stedet for at forplante sig uafhængigt, de opto-mekaniske vekselvirkninger fører til forstærkning af visse optiske bølger, og til at dæmpe andre, på kompliceret vis. Den observerede komplekse dynamik er fuldt ud redegjort for, imidlertid, ved en tilsvarende model, " sagde Zadok.

Rapporten fra Zadok og ph.d.-studerende Yosef London, Hagai Diamandi og Gil Bashan fremhæves i tidsskriftet som et "Editor's Pick". Denne nye indsigt i opto-mekanikken af ​​optiske fibre kan nu anvendes på sensorsystemer med længere rækkevidde, højere rumlig opløsning, og bedre præcision til at hjælpe, for eksempel, ved påvisning af lækager i reservoirer, dæmninger og rørledninger.