当由光子组成的光束穿过光纤时，它们会引起振动，产生由声子组成的声波。这种现象被称为布里渊散射，已被研究人员利用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导或转换为声子，声子的传播速度比光波慢近一百万倍。
光声耦合使研究人员能够更轻松地读取和操纵转换的信息。然而，迄今为止，研究人员使用的许多布里渊散射技术都依赖于标准光纤几何形状，这些几何形状会导致声波迅速消失，从而限制了耦合的有效性。
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现在，使用微米大小的光纤，罗切斯特大学的研究人员已经展示了如何将传播的光波和长寿命声波与强烈的光声相互作用耦合。
“这是一个以前从未实现过的独特而理想的组合，”罗切斯特光学研究所助理教授William Renninger研究小组的博士候选人Wendao Xu说。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。该成就可以应用于光存储，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的 WOMBAT 2022 年光力学和布里渊散射研讨会上获得了最佳演讲奖，由合著者 Arjun Iyer 颁发，他也是雷宁格实验室的博士候选人。
“Wendao，Arjun和我们在东京大学的合作者在展示这个新平台的承诺方面做得很好，当我们开始关注下一代设备和实际应用时，我们都感到兴奋，”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，”徐解释说。“基本上，人们现在正在处理的所有高影响的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，波在消失之前实际传播的时间就越短。
Xu的锥形光纤器件实现了强相互作用和更长的声学寿命。它由去除包层(涂层)的多模玻璃纤维组成。通过加热纤维的中心并同时施加机械张力以拉伸纤维的两端，徐和他的合作者在纤维中产生了一个紧密的、对称的“腰部”。
该腰部提供了“理想的光机械重叠，产生迄今为止从光纤锥度观察到的最强的布里渊耦合强度，并且可与任何系统的最大光机械耦合强度相媲美，”该论文指出。
此外，该装置产生的声子的寿命(约2微秒)足够长，以至于光脉冲携带的信息可以暂时存储在这种缓慢传播的声波中相对较长的时间，然后第二个光脉冲读取信息。
锥形光纤器件
根据Iyer的说法，徐的成就是双重的。“一个是系统，锥形光纤设备，它支持人们以前不太关注的声波家族，”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，检测和滤除光子滤光片中不需要的射频，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，锥形纤维系统虽然对研究有用，但对于实验室以外的实际应用来说可能太脆弱了，Iyer说。“这些是微米大小的玻璃丝，只是挂在那里，”他说。
然而，研究人员已经在探索将系统打包用于现实世界应用的方法，Iyer说。
