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美国研究人员首次验证声波可让光纤中的光变“听话”
来源:科技日报 2015-01-30 14:52:45 跟帖 打印

要让一根光纤只向一个方向传导光,方法已经不止一种。最近,美国伊利诺伊大学厄本那-香槟分校研究人员首次实验证明了用布里渊散射引致透明(BSIT)可以实现这种效果,BSIT效应允许光向前传播,而向后传播的光被强烈吸收,还可以让光纤中的光加快、减慢甚至停止。这种非交互的性质是构建绝缘器和环形器的基本条件,也是光学设计中必不可少的工具之一。相关论文发表在最近的《自然·物理学》杂志上。

在入射光功率不高的情况下,光纤材料分子的布朗运动会产生声学噪声。布里渊-曼德尔斯塔姆散射最早发现于上世纪20年代初,是光波和声波通过光纤材料的电致伸缩光压耦合在一起,并发生声光散射。“BSIT背后的基本物理过程存在于所有固体、液体、气体甚至等离子体中。”论文第一作者、伊利诺伊大学研究生金允焕(音译)说。

据物理学家组织网1月29日(北京时间)报道,研究人员实验演示BSIT现象的工具很简单,只是玻璃光纤和旁边的玻璃环。“用一个微共振器(小玻璃环),把它和光纤靠得非常近时,能将其中特定波长的光吸收。”伊利诺伊大学机械科学与工程副教授高拉夫?巴尔说,“而通过BSIT效应能消除这种不透明,比如在旁边加一束特定波长的激光,能让系统再次变透明。这是一种以前从未见过的新物理过程。最重要的是我们发现,BSIT是一种非交互性现象——只能在一个方向引致透明,而在另一个方向,系统仍然会吸收光。”

在大部分声学、电磁学和热力学中,反演对称性(如交互性)是一项基本原则。在一些特殊设备应用中,工程师经常要用各种技巧来打破交互性。现有的非交互性光学器件如绝缘器和循环器,通过磁场打破交互性。而在芯片尺度上产生磁场的材料很难制造,在一些系统中,磁场也是一种干扰源。

“我们已经证明了一种不用磁铁也能获得线性光学非交互性的方法,在任何普通的光学材料系统中都能实现,目前的任何商业光学工厂都能使用。”巴尔说,目前的布里渊绝缘器是非线性设备,还需要过滤散射光,而BSIT是一种线性的非交互机制。BSIT还能加快和减慢光的波群速度,物理学家称之为“快”光和“慢”光。“慢”光技术对量子信息存储和光缓存器设备极为有用。将来有一天,这种缓存器有望并入量子计算机。

总编辑圈点

光速是目前所发现的自然界物体运动的最快速度。按照传统的物理学理论,光的速度是绝对的,在没有障碍物的空间里可达每秒30万公里。虽然光在通过水或玻璃等物质时传播速度会变慢,但在回到自由空间后光速又会恢复正常。看来,想让光“听话”确实不容易。文中所述的可让光速“减慢、加快甚至停止”的方法,无疑是对传统理论的极大挑战。不过话说回来,能驯服这样一条“桀骜不驯”的光,所产生的后果将是不可想象的。


关键词:美国 验证声波 光纤
本文来源:科技日报责任编辑:王莹莹
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