美研究人员首次验证声波可让光纤中的光变“听话”

BSIT效应产生慢光、快光和单向封锁光。（图中红色减慢，蓝色加快，黄色显示封锁效应）

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。