2026 年 10 月 6 日
现代光纤通信依赖玻璃介质传输数据，但光波极易受到微小缺陷、电缆扭曲及环境干扰的影响。针对这一痛点，马里兰大学（UMD）助理教授阿维克·达特（Avik Dutt）及其研究团队展示了一种基于拓扑光子学原理的新方法，旨在实现对光线的精确控制。
该研究成果已发表于《自然通讯》杂志。团队成员还包括陆军研究实验室（ARL）物理学家达希尔·维图洛（Dashiell Vitullo）以及 UMD 博士候选人、国防部 SMART 学者纳撒尼尔·弗里德（Nathaniel Fried）。
构建单向“光学高速公路”
研究人员利用超精密激光在标准玻璃纤维表面雕刻出微小的凸起结构。通过连接 21 个微谐振器，团队构建了一条专用的单向“光学高速公路”。这种结构能够引导光波绕过障碍物，有效防止信号因降解或散射而受损。
在同一根玻璃纤维上，研究者刻蚀了不同的微观凸起图案以形成混合边界。在边界的一侧，光导结构按一种模式排列；而在另一侧，则遵循截然不同的模式。为了预测光线跨越这一微观边界时的行为，团队开发了一套全新的数学蓝图，用于判断光线是否会在边界处发生耦合。
提升耐用性与降低能耗
与传统先进光路由微芯片相比，新方案展现出显著优势。传统微芯片不仅制造成本高昂且质地脆弱，一旦成型便难以更改，且通常需要持续供电以维持功能。相反，新型光纤设备具有极高的灵活性：科学家可直接使用激光热击重塑纤维表面的微凸结构。一旦按照特定规格完成修剪，其配置即保持稳定，无需额外能量维持。
达特指出，这种适应性修剪能力使得该系统在太空等极端环境下进行高精度测量时具备独特价值。此外，玻璃纤维本身几乎不产生信号损失，能够在无需重型冷却系统或庞大真空室的情况下处理复杂的光信号，这大幅简化了硬件需求。
未来展望与应用潜力
研究团队计划进一步探索非线性光学行为，利用光的特性创造合成维度，从而同时操纵光的多个方面，极大提升光纤系统的信息承载量。
该项目依据马里兰大学与美国战斗能力发展司令部之间的合作研发协议开展。维图洛表示，这一突破有望提升军事通信网络的速度与可靠性，并为不依赖 GPS 的量子导航传感器以及先进材料模拟奠定基础。
参考文献：Nathaniel Fried et al, Multi-band topological heterojunctions on a surface nanoscale axial photonics platform, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-76041-1
