Una fibra congelada potencia la interacción entre luz y sonido más de 1,000 veces

La transformación de un líquido en sólido es un fenómeno común en la naturaleza, como el enfriamiento de lava que se convierte en roca o el agua que se congela en invierno. Estos cambios de fase también alteran propiedades físicas como la densidad y el índice de refracción, lo que afecta la propagación de luz y sonido.

En el ámbito de la fabricación de fibras ópticas, los preformas de vidrio se calientan hasta que su estructura se vuelve lo suficientemente maleable para ser estirada en fibras delgadas. Estas fibras permiten que la luz viaje, facilitando la transmisión rápida de información a largas distancias, convirtiéndose en elementos esenciales en las telecomunicaciones modernas.

Investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz en Erlangen, junto con la Universidad Leibniz de Hannover y el Instituto Leibniz para Tecnologías Fotónicas en Jena, han explorado una nueva dirección en las fibras ópticas de núcleo líquido (LiCOF).

El equipo enfrió el líquido en el interior de las fibras utilizando nitrógeno a -196 °C, provocando que el material del núcleo se convirtiera en sólido. Curiosamente, esta congelación no impidió que la fibra transportara luz.

"Lo clave es que la sección congelada de la LiCOF mantiene su capacidad para guiar la luz. Además, tanto la sección líquida como la congelada de la fibra guían ondas de sonido hipersónico", afirmó Simon Seiderer, uno de los autores principales del estudio.

Los investigadores aprovecharon la interacción inusualmente fuerte entre la luz y el sonido dentro de la fibra congelada, un fenómeno conocido como dispersión de Brillouin-Mandelstam, ya observado en fibras ópticas convencionales. Sin embargo, al congelar el núcleo líquido, se creó un entorno excepcionalmente denso y confinado, donde la interacción entre luz y sonido se intensificó más de 1,000 veces en comparación con las fibras estándar.

Este aumento dramático permitió al equipo demostrar la memoria optoacústica, un componente clave que podría utilizarse en la computación neuromórfica fotónica dentro de las fibras. Este enfoque se basa en la gran diferencia entre las velocidades de la luz y el sonido, donde la información transportada por una onda de luz en movimiento rápido puede transferirse a ondas de sonido mucho más lentas, que retienen temporalmente la información antes de convertirla nuevamente en luz.

La tecnología resultante de la congelación de la LiCOF permite una interacción eficiente entre luz y sonido, lo que podría reducir significativamente la cantidad de energía requerida en futuros sistemas de computación fotónica.

Este trabajo se basa en una colaboración de larga data con Prof. Markus Schmidt y Prof. Mario Chemnitz del IPHT Jena, quienes fueron pioneros en la investigación sobre fibras ópticas de núcleo líquido. La incorporación del paso de congelación permitió lograr efectos no lineales mucho mayores dentro de la fibra.

"Al congelar el núcleo líquido, hemos creado una plataforma física completamente nueva que proporciona no linealidades extremas y es fácil de manejar", comentó Birgit Stiller, quien lidera el proyecto. "Demostrar una memoria optoacústica altamente eficiente es un primer paso fantástico, y este nivel de acoplamiento luz-sonido no solo abre nuevas posibilidades para la computación neuromórfica, sino también para el procesamiento de información cuántica, fotónica de microondas y sensores de alta precisión."

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