Замороженное оптоволокно усилило взаимодействие света и звука в 1000 раз

Ученые из Института науки о свете Общества Макса Планка (MPL) в Эрлангене, Ганноверского университета имени Лейбница (LUH) и Института фотонных технологий имени Лейбница (IPHT) в Йене совершили прорыв в области оптоакустики. Они заморозили жидкую сердцевину оптического волокна при экстремально низкой температуре, что позволило усилить взаимодействие света и звука более чем в 1000 раз по сравнению со стандартными оптическими волокнами.

Исследователи охладили жидкость внутри волокна азотом до температуры -196 °C, в результате чего материал сердцевины перешел из жидкого состояния в твердое. Ключевым открытием стало то, что замороженный участок волокна не только сохранил способность проводить свет, но и начал направлять гиперзвуковые волны.

«Главное в том, что замороженный участок LiCOF сохраняет способность направлять свет. Более того, и жидкая, и замороженная части волокна также направляют гиперзвуковые волны», — отмечает Симон Зайдерер, один из трех ведущих авторов статьи и исследователь группы «Квантовая оптоакустика» под руководством профессора Биргит Штиллер.

Экстремально плотная и сильно ограниченная среда, созданная замораживанием, привела к тому, что взаимодействие света и звука (эффект Бриллюэна-Мандельштама) стало более чем в 1000 раз сильнее, чем в обычных волокнах. Это позволило команде продемонстрировать оптоакустическую память — ключевой компонент для фотонного нейроморфного компьютинга внутри волокон.

Метод основан на огромной разнице скоростей света и звука. Информация, переносимая быстрой световой волной, может быть передана гораздо более медленным звуковым волнам, где она временно сохраняется, а затем преобразуется обратно в свет. Благодаря высокой эффективности взаимодействия, технология может значительно снизить энергопотребление будущих фотонных вычислительных систем.

«Заморозив жидкую сердцевину, мы создали совершенно новую физическую платформу, которая обеспечивает экстремальные нелинейные эффекты и при этом проста в обращении. Демонстрация высокоэффективной оптоакустической памяти — это фантастический первый шаг. Такой уровень связи света и звука открывает захватывающие возможности не только для нейроморфных вычислений, но и для квантовой обработки информации, микроволновой фотоники и высокоточных измерений», — комментирует Биргит Штиллер.

Работа основана на многолетнем сотрудничестве с профессором Маркусом Шмидтом и профессором Марио Хемницем из IPHT Йена, которые были пионерами исследований волокон с жидкой сердцевиной. Добавление этапа замораживания позволило исследователям достичь гораздо более сильных нелинейных эффектов внутри волокна.

Источники:

Материалы предоставлены Институтом науки о свете Общества Макса Планка.

Simon Seiderer, Andreas Geilen, Luan N. Sliwa, Linqiao Gan, Xue Qi, Mario Chemnitz, Markus A. Schmidt, Birgit Stiller. Giant Brillouin gain in frozen CS2 capillaries. Optica, 2026; 13 (7): 1415 DOI: 10.1364/OPTICA.600056