Dans le cadre d'une recherche qui pourrait largement profiter à la science, à la médecine et à l'ingénierie, un nouveau type d'instrument de détection optique ultrasensible a été développé par un doctorant de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH).

Appelé interféromètre à fibre hybride Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP), il combine les avantages des deux types d'interféromètres actuellement disponibles, ce qui le rend à la fois compact et très sensible.

Appareils de mesure de précision, les interféromètres fonctionnent en créant un motif d'interférence mesurable entre deux flux de lumière qui peut être considéré comme la collision de deux ensembles d'ondes dans un étang qui ont été créés en jetant deux pierres, explique le Dr Nabil Md Rakinul Hoque.

Originaire de Dhaka, au Bangladesh, le Dr Hoque est titulaire d'un doctorat UAH en mai 2022 en science et ingénierie optiques, qui a développé le nouvel interféromètre dans le cadre d'une subvention de la National Science Foundation tout en étant conseillé par le Dr Lingze Duan, professeur de physique à l'UAH, une partie du système de l'Université de l'Alabama.

Lors des tests, l'interféromètre MZ-FP a atteint des résolutions de déformation record sur une large gamme de fréquences, déclare le Dr Duan.

"L'impact le plus important de ce travail, à mon avis, est qu'il ouvre une voie réalisable pour atteindre des niveaux sans précédent de résolutions de contrainte pour les capteurs passifs à fibre", déclare le Dr Duan. "Un tel niveau de résolution de détection permettra aux capteurs à fibre optique de capter des signaux beaucoup plus faibles qu'ils ne le peuvent actuellement et d'élargir considérablement l'application des capteurs à fibre optique."

La détection de signaux extrêmement faibles qui n'étaient auparavant pas détectables par les technologies existantes rend l'instrument précieux pour un large éventail d'applications, déclare le Dr Hoque, auteur principal d'un article récent publié dans Rapports scientifiques .

"Cela ouvre des possibilités telles que la prédiction précoce des tremblements de terre, la surveillance des armes de destruction massive, la détection des mouvements des glaciers pour la recherche sur le changement climatique, le diagnostic médical acoustique, etc.", dit-il.

L'interféromètre développé par UAH atteint une résolution de déformation femto, ce qui signifie qu'il peut détecter le changement d'un milliardième de micromètre (10 ^-6 m) sur un mètre.

"La principale caractéristique du nouvel interféromètre est sa résolution de signal sans précédent", explique le Dr Hoque. Les capteurs optiques basés sur la nouvelle technologie pourraient trouver des applications en médecine, dit-il. "Par exemple, les capteurs acoustiques basés sur notre interféromètre hybride peuvent être capables de capter des signaux acoustiques physiologiques très faibles qui révèlent des conditions de santé humaine. Ces signaux peuvent être trop faibles pour être détectés avec les capteurs actuels."

Généralement, deux types d'interféromètres sont disponibles, explique le Dr Hoque.

"Le premier est l'interféromètre à cavité/résonateur, où des fréquences de résonance spécifiques sont autorisées à passer ou à se refléter à partir de l'interféromètre", explique-t-il.

Malgré sa taille compacte, ce type d'interféromètre peut produire une longueur de chemin optique efficace très longue en raison de la réflectivité élevée des miroirs utilisés. Les résonateurs Fabry-Perot sont des exemples de ce type d'interféromètre.

"Le deuxième type d'interféromètre est basé sur une configuration à voie commune et/ou à double voie", explique le Dr Hoque. "La sensibilité de ce type d'interféromètre dépend de la longueur de ses bras. Plus les longueurs de bras sont grandes, plus les interféromètres sont sensibles."

Les longueurs de bras doivent souvent dépasser des dizaines voire des centaines de mètres, ce qui rend ce type assez encombrant. Les interféromètres Mach-Zehnder (MZI) et Michelson sont des exemples d'interféromètres traditionnels à double trajet.

"Dans cet article, nous avons signalé le développement d'un nouveau type d'interféromètre qui intègre des interféromètres à base de résonateur optique, ou le type Fabry-Perot, dans un interféromètre à double trajet, le type Mach-Zehnder", explique le Dr Hoque.

"Le nouvel interféromètre hybride est capable d'atteindre des résolutions de signal bien meilleures que les MZI classiques. Cela permet à notre interféromètre de posséder les avantages des deux types d'interféromètres."

Au cours de plus de cinq années de travail, le Dr Hoque a construit à lui seul une installation de capteurs à fibre ultra-haute résolution de classe mondiale à l'UAH, déclare le Dr Duan.

"Le capteur à fibre qu'il a développé a établi de nouveaux records de résolution sur une large plage de fréquences allant de la gamme infrasonore à la gamme ultrasonique et a atteint avec succès la limite dite de bruit thermique, la limite fondamentale de tous les capteurs à fibre optique." + Explorer plus loin

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