Karta över optomekaniken för en vanlig optisk fiber. Färgerna anger styrkan i samspelet mellan ljus och ljudvågor. Ett kort avsnitt, ligger cirka 2 km från fiberns ingångsände, är belagd med ett annat material. Det avsnittet kännetecknas av opto-mekaniskt svar som toppar med en annan ultraljudsfrekvens. Analysprotokollet kan skilja mellan de två beläggningsmedierna trots att ljus i fibern aldrig lämnar den inre kärnan. Kredit:Kredit kan ges till Bashan et al eller till hela teamet (Bashan, Diamandi, London, Preter, Zadok)
Optiska fibrer får internet att hända. De är fina trådar av glas, så tunt som ett människohår, producerad för att överföra ljus. Optiska fibrer transporterar tusentals Giga -bitar data per sekund över hela världen och tillbaka. Samma fibrer styr också ultraljudsvågor, något liknande dem som används vid medicinsk bildbehandling.
Dessa två vågfenomen - optiska och ultraljud - har egenskaper som är fundamentalt olika. Fibrer är utformade för att fortsätta sprida ljus strikt inuti ett inre kärnområde, eftersom allt ljus som penetrerar utanför denna region representerar förlusten av en dyrbar signal. I kontrast, ultraljudsvågor kan nå de yttre gränserna för fibrer, och undersöka sin omgivning.
Intuition, och mycket av den utbildning som ges i grundläggande grundutbildningskurser i mekanik och optik, instruerar att betrakta ljus- och ljudvågor som separata och orelaterade enheter. Men detta perspektiv är ofullständigt. Förökande ljus kan driva ultraljudsvågornas oscillationer, som om det vore någon slags givare, på grund av de grundläggande reglerna för elektromagnetism. Likaså, närvaron av ultraljud kan sprida och modifiera ljusvågor. Ljus- och ljudvågor kan interagera/påverka varandra och är inte nödvändigtvis separata och orelaterade.
Forskningsområdet opto-mekanik ägnar sig åt att studera detta samspel. Sådana studier, särskilt på fibrer, kan vara mycket användbart och ge överraskande resultat. Till exempel, tidigare i år forskargrupper vid Bar-Ilan University, Israel och EPFL, Schweiz utvecklade avkänningsprotokoll som gör att optiska fibrer kan "lyssna" utanför en optisk fiber där de inte kan "titta", baserat på ett samspel mellan ljusvågor och ultraljud. Genom att skjuta upp ljusvågor i en enda ände av en vanlig telekommunikationsfiber, mätinställningen kunde identifiera och kartlägga flytande media över flera kilometer. Dessa fynd publicerades i två artiklar (i tidskriften Naturkommunikation ). Sådana metoder kan användas i olje- och gasledningar, övervakning av hav och sjöar, klimatstudier, avsaltningsanläggningar, processkontroll i kemiska industrier, och mer.
Karta över olinjär interaktion mellan fyra vågkomponenter längs 8 km fiber, för olika frekvenser av akustiska vågor i fibern. Upphovsman:London, Diamandi, Bashan, Zadok
De ömsesidiga effekterna av ljus- och ljudvågor som samförökar sig i en fiber fortsätter att väcka intresse och uppmärksamhet. I en tidning som just publicerats i tidningen Tillämpad fysikbokstav - fotonik , forskargruppen för professor Avi Zadok, vid Bar-Ilan-universitetets tekniska fakultet och Institutet för nanoteknik och avancerade material, tog denna studie ett steg längre. Gruppen konstruerade en distribuerad spektrometer, ett mätprotokoll som kan kartlägga lokala effektnivåer för flera optiska vågkomponenter över många kilometer fiber. "Mätningarna avslöjar hur generationen av ultraljudsvågor kan blanda dessa optiska vågor tillsammans. I stället för att sprida sig självständigt, de opto-mekaniska interaktionerna leder till förstärkning av vissa optiska vågor, och till dämpning av andra, på komplicerat sätt. Den observerade komplexa dynamiken redovisas fullt ut, dock, med en motsvarande modell, sa Zadok.
Rapporten från Zadok och doktoranderna Yosef London, Hagai Diamandi och Gil Bashan lyfts fram i tidningen som ett "Editor's Pick". Denna nya insikt i optomekaniken hos optiska fibrer kan nu tillämpas på sensorsystem med längre räckvidd, högre rumslig upplösning, och bättre precision för att hjälpa, till exempel, vid upptäckt av läckage i reservoarer, dammar och rörledningar.
