当由光子组成的光束穿过光纤时，它们会引起振动，从而产生由声子组成的声波。这种称为布里渊散射的现象已被研究人员利用，以光机械方式将声波与光波“耦合”。这种耦合允许光子携带的信息被转换或转换为声子，声子的传播速度比光波慢近一百万倍。
罗切斯特大学研究人员研制的锥形光纤与长寿命声波实现了强烈的光声相互作用。图片来源：许文道
光声耦合使研究人员能够更容易地阅读和操作转换的信息。然而，迄今为止，研究人员使用的许多布里渊散射技术依赖于标准的光纤几何结构，这导致声波迅速消失，限制了耦合的效率。
现在，罗彻斯特大学的研究人员使用一种具有微米级腰部的光纤，展示了如何通过强光学-声学相互作用来耦合传播的光波和长寿命的声波。
“这是一个独特而理想的组合，以前从未实现过，”博士 Wendao Xu 说。罗彻斯特光学研究所助理教授 William Renninger 研究组的候选人。Xu 是Optica上一篇描述这一突破的论文的主要作者。
这一突破使光脉冲携带的信息能够暂时存储在缓慢传播的声波中，足够长的时间让第二个光脉冲“读取”信息。该成果可用于光存储、射频光子学滤波和光学延迟线。
该研究在马克斯·普朗克光科学研究所举办的 WOMBAT 2022 光力学和布里渊散射研讨会上获得了最佳演讲奖，该研究由合著者 Arjun Iyer 发表，他也是一名博士。Renninger 实验室的候选人。
“Wendao、Arjun 和我们在东京大学的合作者在展示这个新平台的前景方面做得很好，当我们开始关注下一代设备和实际应用时，我们都很兴奋，”Renninger 说。
光纤中的布里渊散射：克服挑战
“声波的振幅在传播过程中不断减小，”徐解释道。“基本上，人们现在正在处理的所有高影响布里渊散射都会产生强烈的相互作用，但声波的频率很高，在千兆赫兹范围内。频率越高，波在消亡之前实际传播的时间就越短出去。”
Xu 的锥形光纤装置实现了强相互作用和更长的声学寿命。它由去除了包层（涂层）的多模玻璃光纤组成。通过加热纤维的中心并同时在两端施加机械张力来拉伸纤维，Xu 和他的合作者在纤维中产生了一个紧密限制、对称的“腰部”。
该论文指出，这种腰提供了“理想的光机重叠，产生了迄今为止从光纤锥度观察到的最强布里渊耦合强度，并且可与任何系统的最大光机耦合强度相媲美”。
此外，该设备产生的声子的寿命——大约 2 微秒——足够长，以至于在第二个光脉冲之前，光脉冲携带的信息可以在相对较长的时间内暂时存储在这种缓慢传播的声波中读取信息。
一种锥形光纤装置
根据艾尔的说法，徐的成就是双重的。“一个是系统，锥形光纤设备，它支持人们以前没有太多关注的声波家族，”他说。“另一个是过程本身，利用两种不同光学空间模式之间的相互作用来获得我们想要的东西。”
他说，这个过程——包括实现与长声子寿命的强相互作用所涉及的物理学——可以立即进行调整和应用，以改进现有技术。例如，检测并滤除光子滤波器中不需要的无线电频率，或产生光纤传输延迟以补偿光纤系统中的延迟差异。
另一方面，锥形光纤系统虽然对研究有用，但对于实验室外的实际应用来说可能太脆弱了，Iyer 说。“这些是挂在那里的微米级玻璃丝，”他说。
然而，Iyer 说，研究人员已经在探索为现实世界应用打包系统的方法。
编辑：澜澜
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