Ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Bath in Großbritannien, in Zusammenarbeit mit der University of Cambridge und internationalen Partnern, hat einen photonischen topologischen Isolator auf Faserbasis entwickelt. Diese neuartige Struktur ermöglicht durch das Einbringen einer Verdrillung während des Herstellungsprozesses eine stabile Lichtleitung in vorgegebener Richtung, die selbst bei Krümmungen oder Beschädigungen reibungslos bleibt. Die zugehörigen Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ veröffentlicht. Das Team nutzte Standardmaterialien der Telekommunikationsklasse, um eine Glasfaser mit mehreren lichtleitenden Kernen herzustellen. Durch Hinzufügen einer kontrollierten Verdrillung zu den üblichen Produktionsschritten entstehen Lichtpfade, die Defekten und Störungen widerstehen und so eine kontinuierliche Lichtausbreitung sicherstellen.
Hergebrachte Telekommunikationsfasern leiten Licht durch einen einzelnen Kern; winzige Defekte können zu Lichtstreuung führen, was das Signal schwächt oder sogar zerstört. Zwar können mehr Kerne zusätzliche Datenkanäle schaffen, aber das Licht neigt dann zur Kopplung zwischen benachbarten Kernen, was zu Kanalverwischung und Rauschen führt. Die neue verdrillte Faser besitzt zahlreiche Kerne mit einer eingebauten Doppelwendel-Struktur, die geschützte Lichtzustände bildet. Diese Lichtzustände breiten sich natürlicherweise entlang der Verdrillungsrichtung aus und vermeiden so die Kopplung mit anderen Kernen. Trifft das Licht auf einen Defekt, umgeht es diesen, anstatt zu streuen, was eine erhebliche Steigerung der Signalübertragungsstabilität verspricht. Dr. Peter Mosley vom Fachbereich Physik der University of Bath erklärt: „Durch das Aufbringen einer kontrollierten Verdrillung während der Faserherstellung können wir topologisches Verhalten induzieren, sodass Licht Defekte umgeht, anstatt von ihnen gestreut zu werden. Dies ist eine elegante und skalierbare Methode, um die Robustheit photonischer Verbindungen zu erhöhen.“
Die topologische Faser wurde im Centre for Photonics and Photonic Materials der University of Bath hergestellt und in den optischen Laboren der Universität getestet. Die Technologie ist mit bestehenden Faserproduktionsmethoden kompatibel, kann in großer Länge hergestellt werden, bleibt flexibel und weist nur minimale Übertragungsverluste auf. Dr. Anton Souslov, Associate Professor am Cavendish Laboratory der University of Cambridge, merkt an: „Topologische Lichtzustände haben viele potenzielle Anwendungen in der Kommunikation und Quantentechnologie. Es ist aufregend, dass sie auf einer skalierbaren und einsatzbereiten Plattform wie einer Glasfaser realisiert werden können.“ Diese topologische Faser könnte für ultrazuverlässige optische Verbindungen zwischen Chips oder elektronischen Komponenten sowie in fortschrittlicher Kommunikation, Präzisionssensorik und aufstrebenden Quantentechnologien Anwendung finden und bietet einen neuen technischen Weg für stabile Lichtübertragung über große Entfernungen.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Nathan Roberts et al., Titel: „Twisted optical fibres as photonic topological insulators“, veröffentlicht in: Nature Photonics (2026). Zeitschrifteninfo: Nature Photonics
