Mapa da opto-mecânica de uma fibra óptica padrão. As cores denotam a força da interação entre as ondas de luz e som. Uma pequena seção, localizado a cerca de 2 km da extremidade de entrada da fibra, é revestido com um material diferente. Essa seção é caracterizada pela resposta opto-mecânica que atinge o pico em uma frequência de ultra-som diferente. O protocolo de análise pode distinguir entre os dois meios de revestimento, embora a luz na fibra nunca deixe o núcleo interno. Crédito:O crédito pode ser dado a Bashan et al ou a toda a equipe (Bashan, Diamandi, Londres, Preter, Zadok)
As fibras ópticas fazem a internet acontecer. São finos fios de vidro, tão fino quanto um cabelo humano, produzido para transmitir luz. As fibras ópticas transportam milhares de Giga bits de dados por segundo em todo o mundo e vice-versa. As mesmas fibras também guiam as ondas de ultrassom, um pouco semelhantes aos usados em imagens médicas.
Esses dois fenômenos de onda - ótico e ultrassônico - possuem atributos que são fundamentalmente diferentes. As fibras são projetadas para manter a propagação da luz estritamente dentro de uma região central interna, já que qualquer luz que penetre fora desta região representa a perda de um sinal precioso. Em contraste, ondas ultrassônicas podem atingir os limites externos das fibras, e sondar seus arredores.
Intuição, e muito do treinamento dado em aulas de graduação fundamental em mecânica e óptica, instrui a considerar as ondas de luz e som como entidades separadas e não relacionadas. Mas essa perspectiva está incompleta. A luz de propagação pode conduzir as oscilações das ondas ultrassônicas, como se fosse algum tipo de transdutor, devido às regras básicas do eletromagnetismo. Da mesma forma, a presença do ultrassom pode espalhar e modificar as ondas de luz. As ondas de luz e som podem interagir / afetar umas às outras e não são necessariamente separadas e não relacionadas.
O campo de pesquisa da opto-mecânica dedica-se ao estudo dessa interação. Esses estudos, especialmente em fibras, pode ser muito útil e ter resultados surpreendentes. Por exemplo, no início deste ano, grupos de pesquisa da Universidade Bar-Ilan, Israel e EPFL, A Suíça desenvolveu protocolos de detecção que permitem às fibras ópticas "ouvir" fora de uma fibra óptica onde não podem "olhar", com base em uma interação entre ondas de luz e ultrassom. Ao lançar ondas de luz em uma única extremidade de uma fibra de telecomunicações padrão, a configuração de medição pode identificar e mapear meios líquidos ao longo de vários quilômetros. Essas descobertas foram publicadas em dois artigos (na revista Nature Communications ) Esses métodos podem servir em oleodutos e gasodutos, monitorar oceanos e lagos, estudos climáticos, usinas de dessalinização, controle de processos nas indústrias químicas, e mais.
Mapa de interação não linear entre quatro componentes de onda ao longo de 8 km de fibra, para diferentes frequências de ondas acústicas na fibra. Crédito:Londres, Diamandi, Bashan, Zadok
Os efeitos mútuos das ondas de luz e som que se propagam em uma fibra continuam a atrair interesse e atenção. Em um artigo publicado na revista Cartas de Física Aplicada - Fotônica , o grupo de pesquisa do Prof. Avi Zadok, da Faculdade de Engenharia e Instituto de Nanotecnologia e Materiais Avançados da Universidade Bar-Ilan, levou este estudo um passo adiante. O grupo construiu um espectrômetro distribuído, um protocolo de medição que pode mapear os níveis de potência locais de vários componentes de ondas ópticas ao longo de muitos quilômetros de fibra. "As medições revelam como a geração de ondas ultrassônicas pode misturar essas ondas ópticas. Em vez de se propagar independentemente, as interações opto-mecânicas levam à amplificação de certas ondas ópticas, e para a atenuação de outros, de forma complicada. As dinâmicas complexas observadas são totalmente explicadas, Contudo, por um modelo correspondente, "disse Zadok.
O relatório de Zadok e dos alunos de doutorado Yosef London, Hagai Diamandi e Gil Bashan são destacados na revista como uma "Escolha do Editor". Esta nova visão sobre a opto-mecânica das fibras ópticas pode agora ser aplicada a sistemas de sensores de maior alcance, resolução espacial mais alta, e melhor precisão para ajudar, por exemplo, na detecção de vazamentos em reservatórios, barragens e oleodutos.
