الألياف المجمدة عند -196 درجة مئوية تفتح طريقة جديدة لتخزين الضوء

كشفت الألياف الضوئية المجمدة عن طريقة جديدة قوية للتحكم في التفاعلات بين الضوء والصوت.

تتصلب الحمم المنصهرة وتتحول إلى صخور عندما تبرد، مثلما يتجمد سطح البحيرة خلال فصل الشتاء البارد. في كلتا الحالتين، يتحول السائل إلى مادة صلبة، مما يؤدي إلى تغير الخصائص الفيزيائية مثل الكثافة ومعامل الانكسار، مما يؤثر على كيفية انتقال الصوت والضوء عبر المادة.

يتم استخدام عملية ذات صلة لتصنيع الألياف الضوئية عن طريق تسخين قوالب الزجاج حتى تصبح طرية بما يكفي لسحبها إلى خيوط رفيعة. ينتقل الضوء عبر قلب الألياف، ويحمل المعلومات بسرعة عبر مسافات طويلة، مما يجعل هذه الألياف ضرورية للاتصالات.

كما تم إنشاء تصميمات متخصصة لأشعة الليزر الليفية والمناظير الداخلية وأجهزة الاستشعار. على سبيل المثال، يمكن للألياف المجوفة أن تحتوي على غازات أو سوائل، أو تقيس أنماط درجات الحرارة، أو تعمل كمختبرات كيميائية مصغرة.

لا يزال السائل المتجمد يوجه الضوء

ابتكر باحثون من معهد ماكس بلانك لعلوم الضوء (MPL) في إرلانغن، وجامعة لايبنيز هانوفر (LUH) ومعهد لايبنيز للتقنيات الضوئية (IPHT) في جينا، نوعًا جديدًا من الألياف الضوئية عن طريق وضع الألياف الضوئية ذات النواة السائلة (LiCOF) في النيتروجين عند -196 درجة مئوية. أدى التبريد الشديد إلى تغيير النواة من سائل إلى مادة صلبة.

“النقطة الأساسية هي أن القسم المتجمد من LiCOF يحتفظ بقدرته على توجيه الضوء. ليس هذا فحسب، بل يوجه كل من السائل والجزء المتجمد من الألياف أيضًا موجات صوتية تفوق سرعتها سرعة الصوت”، كما يقول سيمون سايدرر، أحد المؤلفين الرئيسيين الثلاثة للمقالة والباحث في مجموعة أبحاث “Quantum Optoacoustics” التابعة للأستاذ الدكتور بيرجيت ستيلر، الذي يقود المشروع.

تنتج الألياف الجديدة تفاعلًا قويًا بشكل غير عادي بين الضوء والصوت من خلال عملية تسمى تشتت Brillouin-Mandelstam. على الرغم من أن هذا التأثير يحدث أيضًا في الألياف الضوئية التقليدية، إلا أن تجميد LiCOF يخلق بيئة كثيفة ومحصورة للغاية تزيد من الاقتران الصوتي البصري بأكثر من 1000 مرة مقارنة بالألياف القياسية.

استخدم الباحثون هذا التفاعل لإظهار الذاكرة الصوتية الضوئية، وهي عنصر مهم للحوسبة العصبية الضوئية في الألياف. ونظرًا لأن الضوء ينتقل بشكل أسرع بكثير من الصوت، فيمكن نقل المعلومات من موجة ضوئية سريعة إلى موجة صوتية أبطأ للتخزين المؤقت ثم تحويلها مرة أخرى إلى ضوء.

يمكن أن يؤدي الاقتران القوي داخل LiCOF المتجمد إلى تقليل الطاقة التي تتطلبها أنظمة الحوسبة الضوئية بشكل حاد.

ألياف واحدة تفتح العديد من التطبيقات

اعتمد العمل على التعاون القائم مع البروفيسور ماركوس شميدت والبروفيسور ماريو شيمنيتز في IPHT جينا، اللذين ساعدا في إجراء أبحاث رائدة تتضمن الألياف الضوئية ذات النواة السائلة. أضاف تجميد نواة LiCOF خطوة أخرى أتاحت تأثيرات غير خطية أقوى.

يقول ستيلر: “من خلال تجميد اللب السائل، أنشأنا منصة فيزيائية جديدة تمامًا توفر عدم خطية شديدة مع سهولة التعامل معها”.

“في حين أن إظهار الذاكرة الصوتية الضوئية عالية الكفاءة يعد خطوة أولى رائعة، فإن هذا المستوى من اقتران الصوت والضوء لا يفتح فقط إمكانيات جديدة ومثيرة للحوسبة العصبية، ولكن أيضًا لمعالجة المعلومات الكمومية، وفوتونيات الموجات الدقيقة والاستشعار عالي الدقة.”

المرجع: “مكاسب Brillouin العملاقة في الشعيرات الدموية المجمدة CS₂” بقلم Simon Seiderer وAndreas Geilen وLuan N. Sliwa وLinqiao Gan وXue Qi وMario Chemnitz وMarkus A. Schmidt وBirgit Stiller، 19 يوليو 2026، بصري.
دوى: 10.1364/أوبتيكا.600056

التمويل: مجلس البحوث الأوروبي (101170362)؛ مؤسسة الأبحاث الألمانية (STI-792/7-1، STI-792/1-1، SCHM-2655/3-2، SCHM-2655/23-1)؛ جمعية ماكس بلانك (خطة مجموعة الأبحاث المستقلة)؛ مؤسسة كارل زايس (برنامج Nexus ص2021-05-025).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.