Carte de l'opto-mécanique d'une fibre optique standard. Les couleurs dénotent la force de l'interaction entre les ondes lumineuses et sonores. Une courte section, situé à environ 2 km de l'extrémité d'entrée de la fibre, est recouvert d'un matériau différent. Cette section est caractérisée par une réponse opto-mécanique qui culmine à une fréquence ultrasonore différente. Le protocole d'analyse peut faire la distinction entre les deux supports de revêtement même si la lumière dans la fibre ne quitte jamais le noyau interne. Crédit :Le crédit peut être accordé à Bashan et al ou à toute l'équipe (Bashan, Diamandi, Londres, Prêtre, Zadok)
Les fibres optiques font de l'Internet une réalité. Ce sont de fins fils de verre, aussi fin qu'un cheveu humain, produit pour transmettre la lumière. Les fibres optiques transportent des milliers de gigabits de données par seconde à travers le monde et inversement. Les mêmes fibres guident également les ondes ultrasonores, quelque peu similaires à celles utilisées en imagerie médicale.
Ces deux phénomènes ondulatoires, optique et ultrasonore, possèdent des attributs fondamentalement différents. Les fibres sont conçues pour continuer à propager la lumière strictement à l'intérieur d'une région centrale interne, puisque toute lumière qui pénètre en dehors de cette région représente la perte d'un signal précieux. En revanche, les ondes ultrasonores peuvent atteindre les limites extérieures des fibres, et sonder leur environnement.
Intuition, et une grande partie de la formation dispensée dans les cours fondamentaux de premier cycle en mécanique et optique, demande de considérer les ondes lumineuses et sonores comme des entités distinctes et indépendantes. Mais cette perspective est incomplète. La propagation de la lumière peut entraîner les oscillations des ondes ultrasonores, comme si c'était une sorte de transducteur, en raison des règles de base de l'électromagnétisme. De même, la présence d'ultrasons peut diffuser et modifier les ondes lumineuses. Les ondes lumineuses et sonores peuvent interagir/affecter les unes les autres et ne sont pas nécessairement séparées et sans rapport.
Le domaine de recherche de l'opto-mécanique est dédié à l'étude de cette interaction. De telles études, surtout sur les fibres, peut être très utile et donner des résultats surprenants. Par exemple, plus tôt cette année, des groupes de recherche à l'Université Bar-Ilan, Israël et l'EPFL, La Suisse a développé des protocoles de détection qui permettent aux fibres optiques d'"écouter" à l'extérieur d'une fibre optique où elles ne peuvent pas "regarder", basé sur une interaction entre les ondes lumineuses et les ultrasons. En lançant des ondes lumineuses dans une seule extrémité d'une fibre de télécommunication standard, le dispositif de mesure pourrait identifier et cartographier les milieux liquides sur plusieurs kilomètres. Ces résultats ont été publiés dans deux articles (dans la revue Communication Nature ). De telles méthodes peuvent servir dans les oléoducs et les gazoducs, surveiller les océans et les lacs, études climatiques, usines de dessalement, contrôle des procédés dans les industries chimiques, et plus.
Carte d'interaction non linéaire entre quatre composantes d'onde le long de 8 km de fibre, pour différentes fréquences d'ondes acoustiques dans la fibre. Crédit :Londres, Diamandi, Bashan, Zadok
Les effets mutuels des ondes lumineuses et sonores qui se propagent dans une fibre continuent d'attirer l'intérêt et l'attention. Dans un article qui vient de paraître dans la revue Lettres de Physique Appliquée—Photonique , le groupe de recherche du professeur Avi Zadok, de la Faculté d'ingénierie et de l'Institut des nanotechnologies et des matériaux avancés de l'Université Bar-Ilan, a poussé cette étude un peu plus loin. Le groupe a construit un spectromètre distribué, un protocole de mesure qui peut cartographier les niveaux de puissance locaux de plusieurs composants d'ondes optiques sur plusieurs kilomètres de fibre. "Les mesures révèlent comment la génération d'ondes ultrasonores peut mélanger ces ondes optiques. Plutôt que de se propager indépendamment, les interactions opto-mécaniques conduisent à l'amplification de certaines ondes optiques, et à l'atténuation des autres, de façon compliquée. La dynamique complexe observée est entièrement prise en compte, cependant, par un modèle correspondant, " dit Zadok.
Le rapport de Zadok et des doctorants Yosef London, Hagai Diamandi et Gil Bashan sont mis en évidence dans le journal en tant que « choix de l'éditeur ». Cette nouvelle compréhension de l'opto-mécanique des fibres optiques peut maintenant être appliquée aux systèmes de capteurs de plus longue portée, résolution spatiale plus élevée, et une meilleure précision pour assister, par exemple, dans la détection de fuites dans les réservoirs, barrages et canalisations.
