لقد وجد الفيزيائيون طريقة لزيادة كفاءة الألياف الضوئية ذات النواة السائلة بمقدار 1000 مرة

عندما تتغير الحالة الطورية للمادة، تتغير خصائصها بشكل ملحوظ. تبرد الحمم البركانية وتتحول إلى حجر صلب، ويصبح نعل الحذاء المطاطي المتجمد هشًا، ويشتعل بخار الكحول الإيثيلي بسهولة أكبر من الطور السائل. تتغير الخواص الفيزيائية والكهربائية والميكانيكية للمادة ومعامل الانكسار والكثافة، وبالتالي طريقة مرور الضوء عبر المادة. يتم الحصول على الألياف الضوئية عن طريق سحب خيط رفيع من الزجاج المنصهر. باستخدام نواة الألياف الضوئية، تعلم المهندسون نقل الضوء بسرعة عبر مسافات طويلة. ولكن هذا ليس النوع الوحيد من الألياف. تُستخدم الألياف الضوئية المجوفة في أجهزة الكشف وأشعة الليزر الليفية والمناظير الداخلية. يملأ الخبراء اللب الفارغ بغازات وسوائل مختلفة. يمكن لهذا النظام أن يعمل كمختبر كيميائي صغير أو كمقياس حرارة دقيق. قام فريق دولي من الباحثين بتطوير نوع جديد من الألياف الضوئية. لقد قاموا بتجميد ألياف بصرية ذات قلب سائل في النيتروجين. ونتيجة لذلك، تمكن النظام من التفوق بشكل كبير على الألياف الضوئية التقليدية من حيث الكفاءة. ونشرت مقالة عن هذا في مجلة أوبتيكا.

وقال سيمون سايدر، أحد مؤلفي الدراسة: “الشيء الأكثر أهمية هو أن الجزء المتجمد من النواة استمر في توصيل الإشارة الضوئية. علاوة على ذلك، فإن الأجزاء السائلة والمتصلبة قادرة على توصيل موجات أسرع من الصوت”. تتكون الألياف الجديدة من زجاج الكوارتز مع تجويف داخلي يحتوي على ثاني كبريتيد الكربون السائل CS₂. قام الفيزيائيون بتجميده إلى 77 كلفن لإجراء التجارب. أظهر النظام تشتت ماندلستام-بريلوين، والذي تمت دراسته جيدًا بالنسبة للألياف الضوئية التقليدية. وهذا يعني أن الضوء والصوت في البيئة المختارة يرتبطان بقوة ببعضهما البعض. يعتقد العلماء أن التحول الطوري في وسط ما يخلق بيئة كثيفة ومضمونة حيث يتغير معامل الانكسار بشكل كبير، مما يخلق الظروف لتعزيز Brillouin بشكل هائل. وبهذا التأثير، يتم تضخيم الموجة الضوئية بشكل كبير بسبب التفاعل مع الموجات الصوتية. لقد وجد الباحثون أن الألياف المجمدة ذات النواة السائلة تحتوي على اقتران صوتي ضوئي، وهو كسب Brillouin، وهو أكبر بـ 1000 مرة من الألياف الضوئية القياسية – أكثر من 3000 واط⁻¹·م⁻¹. علاوة على ذلك، يتطلب هذا عادةً أليافًا طويلة، لكن في التجربة استخدموا 27.5 سم فقط وليزر ذو طاقة مضخة منخفضة (0.03 مللي واط).

وتمكن الفيزيائيون أيضًا من صنع ذاكرة بصرية صوتية بناءً على الألياف الجديدة. يتم نقل المعلومات من موجة ضوئية سريعة إلى موجات صوتية أبطأ بكثير ثم يتم تحويلها مرة أخرى إلى ضوء. تكون الموجات الصوتية أقل توهينًا وتنتقل لفترة أطول، ولكنها في الوقت نفسه تحمل معلومات عن الإشعاع الضوئي الذي يولدها. وعند تحويلها مرة أخرى من الصوت إلى الضوء، يمكن قراءة المعلومات. سيؤدي تطوير العلماء إلى تقليل تكاليف الطاقة في الحوسبة العصبية الضوئية على الألياف. “من خلال تجميد النواة السائلة، أنشأنا منصة فيزيائية جديدة تمامًا تتيح عدم الخطية القصوى مع سهولة التشغيل. في حين أن إظهار الذاكرة الصوتية الضوئية عالية الأداء يعد خطوة أولى رائعة، فإن هذا المستوى من اقتران الضوء والصوت يفتح إمكانيات جديدة مثيرة ليس فقط للحوسبة العصبية، ولكن أيضًا لمعالجة المعلومات الكمومية، وفوتونيات الموجات الدقيقة، والاستشعار عالي الدقة “.