Light | 少模光纤中的前向布里渊散射

撰稿 | NJU-Don‍‍‍‍‍

 研究背景 

布里渊散射作为一种光与声相互作用的重要物理现象，在光纤中已被研究超过50年，其中前向布里渊散射因在传感等领域的应用潜力而受到关注。传统研究多集中于单模光纤，其仅能激发纯径向和二阶方位对称两类声学模式，且声学频率局限于600 MHz以内，同时声学模式只能在截止频率处被激发，这些限制在一定程度上制约了对前向布里渊散射效应的深入探索和应用拓展。

然而，前向布里渊散射在少模光纤中的研究仍存在诸多未解决的问题。一方面，少模光纤中光学模式的多样性如何影响前向布里渊散射的特性，能否激发更多种类的声学模式（如更高阶方位对称模式）尚未明确；另一方面，少模光纤中前向布里渊散射的声学频率范围能否突破单模光纤的限制，以及声学模式能否在高于截止频率处被有效激发，这些问题也有待研究。此外，光学波与声学波的轨道角动量转移在少模光纤前向布里渊散射中的实现可能性亦未可知。

研究团队创新性地将前向布里渊散射的研究体系从单模光纤拓展至少模光纤，通过在商用阶跃折射率少模光纤中对LP₀₁、LP₀₂模式及 LP₁₁模式组的选择性耦合实验，首次成功激发了具有一阶（TR_1m）和四阶（TR_4m）方位对称的声学模式。这一突破打破了单模光纤中前向布里渊散射仅能激发纯径向和二阶方位对称（TR_2m）声学模式的固有局限，极大地丰富了可通过该效应调控的声学模式种类，为深入探究光与声相互作用的多样性提供了全新的研究平台（如图1、图2所示）。

 总结展望 

该研究通过系统的理论分析、精确的数值计算及严谨的实验验证，成功将前向布里渊散射的研究从单模光纤拓展至商用阶跃折射率少模光纤领域。研究首次实现了具有一阶和四阶方位对称声学模式的激发，观测到高达1.8 GHz的声学频率，且证实了声学模式可在高于其截止频率处被有效激发，同时发现光学波与声学波的轨道自由度之间存在角动量转移。这些成果突破了单模光纤中前向布里渊散射的诸多限制，极大地丰富了对该效应的理解与表述。

展望未来，可进一步探索更多光学模式组合下的前向布里渊散射特性，深入研究不同模式相互作用的物理机制，为优化模式激发效率和调控精度提供理论支撑。同时，可结合先进的微纳制造技术，设计更高效的少模光纤器件，推动其在光纤激光器、高灵敏度传感、非互易传播器件及量子态操控等实际应用领域的发展，为光纤光机械学的研究与应用开辟新的广阔前景。

 论文信息 

Layosh, E., Zehavi, E., Bernstein, A. et al. Forward Brillouin scattering in few-mode fibers. Light Sci Appl 14, 242 (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41377-025-01877-z

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