Новые исследования оптических волокон, которые участвуют в создании глобального интернета. Оптоволокна представляют собой тонкие стеклянные нити, тонкие, как человеческие волосы, предназначенные для передачи света. Оптические волокна передают тысячи гигабайт данных в секунду по всему миру и обратно. Те же самые волокна также направляют ультразвуковые волны, несколько похожие на те, которые используются в медицинской визуализации.

На фото: Карта оптомеханики стандартного оптического волокна. Цвета обозначают силу взаимодействия световых и звуковых волн. Короткий участок, расположенный примерно в 2 км от входного конца волокна, покрыт другим материалом. Этот участок характеризуется оптико-механическим откликом, который достигает максимума на другой частоте ультразвука. Протокол анализа может различать две покрывающие среды, даже если свет в волокне никогда не покидает внутреннюю сердцевину. Фото: кредит может быть дан Башану и др. Или всей команде (Башан, Диаманди, Лондон, Претер, Садок).

Эти два волновых явления — оптическое и ультразвуковое — обладают принципиально разными свойствами. Волокна предназначены для того, чтобы распространять свет строго внутри внутренней области ядра, так как любой свет, который проникает за пределы этой области, представляет собой потерю ценного сигнала. Напротив, ультразвуковые волны могут достигать внешних границ волокон и исследовать их окружение.

Интуиция и большая часть обучения, проводимого на базовых курсах по механике и оптике, дает возможность рассматривать световые и звуковые волны как отдельные и не связанные между собой сущности. Но эта перспектива неполна. Из-за основных правил электромагнетизма распространяющийся свет может управлять колебаниями ультразвуковых волн, как если бы это был некий преобразователь. Кроме того, присутствие ультразвука может рассеивать и изменять световые волны. Световые и звуковые волны могут взаимодействовать / влиять друг на друга и не обязательно являются отдельными и не связанными между собой.

Область исследований опто-механики посвящена изучению этой взаимосвязи. Такие исследования, особенно на волокнах, могут быть очень полезными и приносить удивительные результаты. Например, в начале этого года исследовательские группы в Университете Бар-Илан, Израиль и EPFL, Швейцария, разработали протоколы считывания, которые позволяют оптическим волокнам «слушать» вне оптического волокна, где они не могут «смотреть», на основе взаимодействия между световыми волнами и ультразвуком. Запуская световые волны в один конец стандартного телекоммуникационного волокна, измерительная установка может определять и отображать жидкие среды на протяжении нескольких километров. Эти результаты были опубликованы в двух статьях (в журнале Nature Communications). Такие методы могут использоваться в нефте- и газопроводах, мониторинге океанов и озер, исследованиях климата, опреснительных установках, управлении процессом в химической промышленности и т.д.

Карта нелинейного взаимодействия между четырьмя волновыми компонентам

Карта нелинейного взаимодействия между четырьмя волновыми компонентами вдоль 8 км волокна для разных частот акустических волн в волокне. Фото: Лондон, Диаманди, Башан, Садок.

Взаимное влияние световых и звуковых волн, которые совместно распространяются в волокне, продолжает привлекать внимание и внимание. В статье, только что опубликованной в журнале «Прикладная физика, письма — фотоника» Исследовательская группа профессора Ави Задока из Инженерного факультета Бар-Иланского университета и Института нанотехнологий и передовых материалов продвинула это исследование на один шаг вперед. Группа создала распределенный спектрометр, протокол измерения, который может отображать локальные уровни мощности нескольких компонентов оптической волны на многие километры волокна. «Измерения раскрывают, как генерация ультразвуковых волн может смешивать эти оптические волны вместе. Вместо того, чтобы распространяться независимо, оптико-механические взаимодействия приводят к усилению некоторых оптических волн и ослаблению других сложным образом. Наблюдаемая комплексная динамика полностью объясняется, однако, соответствующей моделью», — сказал Садок.

Доклад Садока и докторантов Йосефа Лондона, Хагая Диаманди и Гила Башана отмечен в журнале как «Выбор редактора». Это новое понимание оптомеханики оптических волокон теперь может быть применено к сенсорным системам с большим радиусом действия, более высоким пространственным разрешением и лучшей точностью, чтобы помочь, например, в обнаружении утечек в резервуарах, плотинах и трубопроводах.

По материалам phys.org