光ファイバをねじることで光の強力な新しい経路が生まれる

March, 13, 2026, Somerset--バース大学の研究者によると、光ファイバの製造時にツイストを加えることで、より堅牢な光の経路を作り出し、製造上の欠陥の影響を最小限に抑えることができる。

光は通信から感知に至るまですべてを動かすが、わずかな欠陥でも散乱し信号を弱めてしまうことがある。これに対処するため、バース大学(University of Bath)が率いるチームはケンブリッジ大学(University of Cambridge)や国際的なパートナーと協力し、曲がりやねじれ、損傷の中でも光を滑らかに流す新しい構造を開発し、かつてない距離での光の照射が可能となった。

この新しいファイバベースのフォトニックトポロジー絶縁体は、光を散乱ではなく意図した方向に流し続ける保護された経路をとなる。

これらの特徴により、以下の分野で強力な候補となる:

・チップ、デバイス、電子部品間でデータを伝送するために必要な超信頼性の高い光ベースの接続、
・高度な通信(高帯域幅通信や量子通信など)、精密センシング(医療画像や環境モニタリングを含む)、途切れのない安定した光の流れが不可欠な新興量子技術において光信号の誘導に取り組んでいる。

研究者たちは、標準的な通信グレードの材料を使って複数の光誘導コアを持つ光ファイバを作り、製造時に単純なねじりを加えることで、欠陥や無秩序に耐性のある経路を形成し、光がスムーズに伝播し続けることを発見した。

チームの研究はNature Photonics誌に掲載されている。

ロバスト信号伝送
通信で使われる従来の光ファイバは、光を単一のコアに沿って導き、前後の2方向に自由に伝わらせる。ガラスの芯にわずかな欠陥があるだけで光が散乱し、ファイバから漏れたり、意図した進行方向から逆方向に反射したりする。これにより信号が劣化したり、破壊されたりすることもある。

コアを増やすことで、理論上はより多くのデータを運ぶための追加チャネルが作られるが、実際には光は隣接するコア間で「結合」する傾向がある。これによりチャネルが混在し、ノイズが発生し、マルチコアファイバが確実に運べる情報量が制限される。

新しいツイステッドファイバはこれらの問題を回避している。多くのコアと内蔵されたツイストが組み合わさることで、ツイストに自然に沿った特別な保護された光の状態を生み出し、他のコアとの結合を避ける。光が欠陥に遭遇すると、散乱するのではなく、その周りを流れる。その結果、信号伝送ははるかに堅牢になる可能性がある。

ツイストはファイバ製造業者がすでに使っている通常の製造工程で加えられるため、特別な加工は不要。したがって、得られる光ファイバは標準的な光ファイバの多くの特性を共有している。
それは:
・既存のトポロジカル絶縁体に使われている材料とは異なり、拡張された長さで製造可能である
・柔軟性を保っている
・最小限の損失で光を透過する

要するに、この技術は既存のファイバ製造方法と完全に互換性がありつつ、欠陥に対する耐久性も高めている。

最先端の光ラボ
広範な設計とシミュレーション作業を経て、トポロジカルファイバはバース大学のフォトニクスセンタで製造され、同大学の最先端の光研究所で試験された。

バース大学物理学科の共著者Dr.Peter Mosleyは次のようにこう述べている。「ファイバが生成される際に制御されたねじれを加えることで、光が欠陥から散乱するのではなく、その周りを流れるトポロジー的挙動を誘発できる。これはフォトニックインタコネクトに堅牢性を組み込むクリーンでスケーラブルな方法である。

「これは二次元トポロジー的に保護された光誘導を持つ光ファイバの初の実証である。このデモンストレーションでは短尺光ファイバしか使わなかったが、われわれの研究は大量生産された光ファイバで信号を保護する道筋を示し、大規模なデータセンタネットワークで利用可能となった。」

ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所の准教授、共同著者のDr.Anton Souslovは次のように話している。「光のトポロジカル状態は通信や量子技術において多くの潜在的な用途を持ち、光ファイバのようなスケーラブルですぐに使えるプラットフォームで実現されるのを見るのは非常に刺激的だ。今後は、光ファイバが独自の方法で示せる、まだ探求されていない多様なトポロジー現象に特に関心を持っている。」