新型光纤光声耦合强度超传统光纤1000倍

德国科学家研制出一种新型光纤，在-196℃（-321°F）的液氮中冷冻液芯光纤，使其部分液态纤芯凝固为固态。它能同时导引光波与声波，并实现两者间的高效耦合，耦合强度超过传统光纤的1000倍，有望将光子神经形态计算和量子信号处理等应用的能耗降低几个数量级。相关研究成果以“Giant Brillouin gain in frozen CS2 capillaries”为标题，发表在最新一期《Optica》杂志上。

玻璃毛细管内冷冻光纤纤芯能高效地引导并耦合光波与声波。

相变总是伴随着材料物理性质的深刻变化，例如折射率等参数也会随之改变，影响声音与光在其中的穿行。在新研究中，马克斯·普朗克光科学研究所（MPL）、莱布尼茨大学（LUH）以及莱布尼茨光子技术研究所（IPHT）的科学家，通过冷冻液芯光纤的部分液态纤芯（LiCOF），制备出这种新型光纤。液芯光纤是以无机盐溶液或有机液体为芯，聚合物或石英玻璃为皮层的光纤。团队发现，光纤的冷冻部分不仅依然保有导光能力，而且无论液态还是冷冻段，都能同时引导超高频声波。

团队让光和声波在这根新光纤中相遇，便产生了极强的耦合——布里渊—曼德尔施塔姆散射。这一效应在传统光纤中早已广为人知。而今，借助液芯光纤冷冻引发的相变，他们创造出一个极端、高度封闭且致密的声光互相作用环境。在这里，光与声波的耦合比标准光纤强1000倍以上。

利用这一高效耦合，团队展示了光声存储器（光纤内执行光子神经形态计算的一种基本构件）原理，借助光波与声波之间巨大的速度差异，信息从高速光波转移至缓慢的声波暂存，之后再转回光波。冷冻液芯光纤所带来的超强光声耦合，为大幅降低光子计算架构的能耗开辟了新路径。

通过冷冻液芯，团队构建了一个全新的物理平台，它既展现出极端的非线性效应，又方便操控。如此量级的光声耦合，不仅为神经形态计算开辟了全新可能，也为量子信息处理、微波光子学和高精度传感等领域注入了新活力。

相关内容：https://dx.doi.org/10.1364/optica.600056