先说几个核心判断:德国科学家在极低温环境下,对液芯光纤玩了一把“局部冷冻”,结果搞出了一条性能炸裂的新光纤。它不仅能同时传输光和声,而且两者之间的耦合强度,直接秒杀了传统光纤——1000倍以上的提升。这可不是小打小闹,它意味着光子神经形态计算、量子信号处理这些前沿领域的能耗,有望被砍掉好几个数量级。
说到相变,大家可能不陌生。物质从一种状态切换到另一种,伴随的往往是一系列物理性质的剧烈变化,比如折射率。而折射率一变,光和声在材料里“走路”的方式自然也得跟着变。
这次的主角,来自马克斯·普朗克光科学研究所、莱布尼茨大学和莱布尼茨光子技术研究所。他们盯上的是液芯光纤——这种光纤的芯里灌的是无机盐溶液或者有机液体,外面包着聚合物或石英玻璃。关键操作来了:他们把光纤扔进-196℃的液氮里,让部分液态纤芯冻成固态。结果发现,冷冻部分不仅没失去导光能力,反而,无论是液态段还是固态段,都能完美引导超高频的声波。
当光和声波在这样一根“冰火两重天”的光纤里相遇,一个极其强烈的耦合效应爆发了,这就是布里渊—曼德尔施塔姆散射。这个效应在传统光纤里早就被研究透了,但问题是耦合强度一直上不去。而这次,借由液芯光纤冷冻引发的相变,科学家们创造了一个极端、高度封闭且致密的声光相互作用环境。光与声波的耦合强度,直接比标准光纤强了1000倍以上。
既然耦合这么强,总得干点实际的事。团队顺手展示了一个光声存储器的原理——这是光纤内执行光子神经形态计算的一个基本构件。思路很简单:利用光波和声波之间巨大的速度差,信息先由高速的光波转移到缓慢的声波里暂存,需要时再转回光波。冷冻液芯光纤带来的超强光声耦合,为大幅降低光子计算架构的能耗,打开了一条全新的路。
通过冷冻液芯,团队构筑了一个全新的物理平台,它既有极端的非线性效应,又非常容易操控。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,注入了实实在在的新活力。
