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科學家首次驗證聲波可讓光纖中的光變“聽話”

來源:科技日報2015-02-13 我要評論(0 )   

  要讓一根光纖隻向一個(ge) 方向傳(chuan) 導光,方法已經不止一種。最近,美國伊利諾伊大學厄本那-香檳分校研究人員首次實驗證明了用布裏

   要讓一根光纖隻向一個方向傳導光,方法已經不止一種。最近,美國伊利諾伊大學厄本那-香檳分校研究人員首次實驗證明了用布裏淵散射引致透明(BSIT)可以實現這種效果,BSIT效應允許光向前傳播,而向後傳播的光被強烈吸收,還可以讓光纖中的光加快、減慢甚至停止。這種非交互的性質是構建絕緣器和環形器的基本條件,也是光學設計中必不可少的工具之一。相關論文發表在最近的《自然·物理學》雜誌上。

  在入射光功率不高的情況下,光纖材料分子的布朗運動會(hui) 產(chan) 生聲學噪聲。布裏淵-曼德爾斯塔姆散射最早發現於(yu) 上世紀20年代初,是光波和聲波通過光纖材料的電致伸縮光壓耦合在一起,並發生聲光散射。“BSIT背後的基本物理過程存在於(yu) 所有固體(ti) 、液體(ti) 、氣體(ti) 甚至等離子體(ti) 中。”論文第一作者、伊利諾伊大學研究生金允煥(音譯)說。

  據物理學家組織網1月29日(北京時間)報道,研究人員實驗演示BSIT現象的工具很簡單,隻是玻璃光纖和旁邊的玻璃環。“用一個(ge) 微共振器(小玻璃環),把它和光纖靠得非常近時,能將其中特定波長的光吸收。”伊利諾伊大學機械科學與(yu) 工程副教授高拉夫?巴爾說,“而通過BSIT效應能消除這種不透明,比如在旁邊加一束特定波長的激光,能讓係統再次變透明。這是一種以前從(cong) 未見過的新物理過程。最重要的是我們(men) 發現,BSIT是一種非交互性現象——隻能在一個(ge) 方向引致透明,而在另一個(ge) 方向,係統仍然會(hui) 吸收光。”

  在大部分聲學、電磁學和熱力學中,反演對稱性(如交互性)是一項基本原則。在一些特殊設備應用中,工程師經常要用各種技巧來打破交互性。現有的非交互性光學器件如絕緣器和循環器,通過磁場打破交互性。而在芯片尺度上產(chan) 生磁場的材料很難製造,在一些係統中,磁場也是一種幹擾源。

  “我們(men) 已經證明了一種不用磁鐵也能獲得線性光學非交互性的方法,在任何普通的光學材料係統中都能實現,目前的任何商業(ye) 光學工廠都能使用。”巴爾說,目前的布裏淵絕緣器是非線性設備,還需要過濾散射光,而BSIT是一種線性的非交互機製。BSIT還能加快和減慢光的波群速度,物理學家稱之為(wei) “快”光和“慢”光。“慢”光技術對量子信息存儲(chu) 和光緩存器設備極為(wei) 有用。將來有一天,這種緩存器有望並入量子計算機。

  總編輯圈點

  光速是目前所發現的自然界物體(ti) 運動的最快速度。按照傳(chuan) 統的物理學理論,光的速度是絕對的,在沒有障礙物的空間裏可達每秒30萬(wan) 公裏。雖然光在通過水或玻璃等物質時傳(chuan) 播速度會(hui) 變慢,但在回到自由空間後光速又會(hui) 恢複正常。看來,想讓光“聽話”確實不容易。文中所述的可讓光速“減慢、加快甚至停止”的方法,無疑是對傳(chuan) 統理論的極大挑戰。不過話說回來,能馴服這樣一條“桀驁不馴”的光,所產(chan) 生的後果將是不可想象的。

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