BSIT效應產生慢光、快光和單向封鎖光。(圖中紅色減慢,藍色加快,黃色顯示封鎖效應)
要讓一根光纖只向一個方向傳導光,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里淵散射引致透明(BSIT)可以實現這種效果,BSIT效應允許光向前傳播,而向后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》雜志上。
在入射光功率不高的情況下,光纖材料分子的布朗運動會產生聲學噪聲。布里淵-曼德爾斯塔姆散射最早發現于上世紀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,并發生聲光散射。“BSIT背后的基本物理過程存在于所有固體、液體、氣體甚至等離子體中。”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,只是玻璃光纖和旁邊的玻璃環。“用一個微共振器(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,能讓系統再次變透明。這是一種以前從未見過的新物理過程。最重要的是我們發現,BSIT是一種非交互性現象——只能在一個方向引致透明,而在另一個方向,系統仍然會吸收光。”
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?,F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。而在芯片尺度上產生磁場的材料很難制造,在一些系統中,磁場也是一種干擾源。
“我們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系統中都能實現,目前的任何商業光學工廠都能使用。”巴爾說,目前的布里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制。BSIT還能加快和減慢光的波群速度,物理學家稱之為“快”光和“慢”光。“慢”光技術對量子信息存儲和光緩存器設備極為有用。將來有一天,這種緩存器有望并入量子計算機。