科學家如何用「光之結」突破混沌傳訊極限

光線竟然能像繩索般打結！杜克大學工程團隊透過特殊光學設計，將雷射光束扭轉成名為「光學結」的複雜3D結構。這項突破未來可能應用於資訊傳輸或氣流測量，但研究發現，現實環境中的亂流會造成比預期更嚴重的幹擾。為此，科學家調整結形結構增強穩定性，為光學應用開闢全新可能性。

想像同時往池塘丟入多顆石頭，漣漪交會時會形成複雜干涉圖樣。科學家運用相同原理，透過精密調控多道雷射光束的疊加，配合透鏡組引導，創造出懸浮空中的立體光結，其結構宛如精緻的蛛網或煙圈。這項研究成果已發表於《自然通訊》與《光子學研究》期刊。

杜克團隊開發的全像元件能將單一雷射分為五道特製光束，進而構成精準控制的光學結。電機與電腦工程系教授娜塔莉亞·裡奇尼策指出：「雖然數學模型顯示這些結構本應穩定，但實際測試發現仍需人工強化穩定性。」團隊透過改良結形特徵，增加測量參考點，成功延長結構維持時間。

為模擬真實環境，研究人員使用底部配有電熱板的微型對流裝置，配合風扇製造亂流，並透過鏡面反射模擬300公尺傳輸距離。實驗顯示，隨著亂流加劇，原本三環相扣的光結可能退化成雙環甚至單環結構，導致資訊遺失。

儘管光學結技術僅發展約20年，已展現多重應用潛力：從長距離編碼傳訊、大氣亂流測量，到三維空間微粒操控。裡奇尼策教授強調：「這是首次在真實亂流中驗證光結傳播，接下來將擴大實驗規模，深入探索自由空間中的運作機制。」

這項研究獲得美國海軍研究辦公室（N00014-20-2558）與陸軍研究辦公室（W911NF2310057）經費支援。