Moderní optická vlákna dnes tvoří páteř internetu i telekomunikačních sítí. Vědci z Max Planck Institute for the Science of Light, Leibnizovy univerzity v Hannoveru a Leibniz Institute for Photonic Technologies nyní ukázali, že jejich vlastnosti lze posunout ještě dál. Pomocí kapalného dusíku ochladili speciální optické vlákno na −196 °C, čímž změnili kapalné jádro na pevnou látku. Překvapivé přitom bylo, že vlákno ani po zamrznutí neztratilo schopnost vést světlo. Naopak získalo zcela nové vlastnosti.

Když se světlo spojí se zvukem

Výzkumníci pracovali s takzvaným liquid-core optical fiber (LiCOF), tedy optickým vláknem s kapalným jádrem. Po jeho zmrazení zjistili, že materiál stále velmi dobře vede nejen světelné paprsky, ale také hypersonické zvukové vlny.

Právě současné šíření světla a zvuku uvnitř jednoho vlákna vedlo k mimořádně silné interakci označované jako Brillouinův-Mandelstamův rozptyl. Ve srovnání s běžnými optickými vlákny se podařilo zvýšit optoakustickou vazbu více než tisíckrát, což představuje zásadní posun pro fotonické technologie.

Vedoucí projektu Birgit Stiller vysvětluje, že zmrazené kapalné jádro vytvořilo zcela novou fyzikální platformu s extrémně silnými nelineárními optickými jevy, která je zároveň prakticky použitelná v laboratorních podmínkách.

Paměť pro světlo s minimální spotřebou

Nejzajímavější část experimentu spočívala v demonstraci takzvané optoakustické paměti. Světlo se pohybuje přibližně milionkrát rychleji než zvuk. Informaci lze proto krátkodobě převést z rychlého světelného signálu do pomalejší zvukové vlny, dočasně ji uchovat a následně znovu převést zpět na světlo.

Tým díky nové technologii dosáhl provozu této paměti při energiích nižších než jedna nanojoule na impuls, což znamená více než stonásobné snížení energetické náročnosti oproti dosavadním řešením využívajícím Brillouinův rozptyl. Samotné zmrazené vlákno navíc vykázalo Brillouinův zisk 434 W⁻¹m⁻¹ při šířce spektrální čáry 24 MHz, což patří mezi nejvyšší hodnoty dosažené v podobných vláknových systémech.

Výsledky mohou najít uplatnění zejména ve vývoji neuromorfních fotonických procesorů, které se snaží napodobit fungování lidského mozku pomocí světelných signálů. Stejný princip by ale mohl být přínosem také pro kvantové zpracování informací, mikrovlnnou fotoniku nebo velmi přesné optické senzory.