导语

    近日，暨南大学杨先光课题组在《光学学报（网络版）》发表特邀综述文章《功能纤维材料与光波导应用》，系统阐述了生物基纤维、聚集诱导发光（AIE）材料、冰微纤维等新型功能材料在光波导技术中的突破性进展。这些材料凭借小型化、低损耗、高柔性和生物相容性等特性，为光通信、生物医疗、柔性电子及增强现实（AR）等领域带来革命性解决方案。

生物基纤维：自然灵感赋能光学技术

    天然蛛丝与蚕丝因其优异的力学性能和光学特性成为研究焦点。蛛丝纤维直径仅为微米级，折射率分布差异使其可实现低损耗光传输（损耗系数低至0.8 dB/cm）。通过基因工程技术合成的重组蛛丝蛋白，不仅解决了天然蛛丝产量低的难题，还显著提升了光波导的稳定性和生物相容性。例如，清华大学团队利用原位矿化技术制备的再生蚕丝纤维，抗拉强度高达0.83 GPa，光损耗仅为0.46 dB/cm，成功用于肌肉组织的光传输。此外，莲藕丝纤维凭借天然维管束结构，在pH传感和细胞活性监测中展现出高灵敏度（图1），为生物医学检测提供了新思路。

图1 莲藕丝纤维的光传输性能

AIE材料：自发光波导引领显示革命  

    聚集诱导发光（AIE）材料打破了传统发光材料在固态下效率低下的局限。通过分子设计，AIE材料在聚集态下的发光效率显著提升。例如，深蓝色AIE微纤维TPP-40Me的量子产率高达50.9%，光损耗低至6.7×10⁻³ dB/μm，可激发全可见光谱，实现微米级白光发射（图2）。这类材料在微型光源、全彩显示及光子芯片中潜力巨大，有望替代传统有机发光材料。

图2 使用深蓝色AIE 光纤作为波导光源，在微尺度上点亮白光发射

冰微纤维：极端环境下的光学新星  

    浙江大学团队创新性地制备出直径仅800nm的六方单晶冰微纤维（IMFs）。在-150℃低温下，其弹性应变高达10.9%，光损耗仅为0.2 dB/cm，支持可见光波导和回音壁模式（WGM）共振。另一类有机冰微纤维（OIMFs）光损耗更低至0.025 dB/cm，接近材料吸收极限。这些材料为极地探测、深空光学器件及低温传感器提供了全新选择。

金属纳米团簇：低损耗光子器件的未来     

    安徽大学团队首次报道了配体保护的金属纳米团簇（如Pt₁Ag₁₈）的光波导效应。其光损耗系数低至5.26×10⁻³ dB/μm，偏振比高达0.91，兼具强发光和抗光漂白特性。这类材料为微型化光子芯片、偏振敏感器件及复杂光路集成开辟了新路径。

应用前景：从实验室走向产业化     

新型功能纤维光波导已在多个领域初显成效：

生物医学：蛛丝光波导可穿透生物组织3 cm，未来或用于光动力治疗（PDT）和实时生理监测； 

柔性电子：蚕丝基光波导可编织成智能织物，监测心率、血氧等参数； 

AR显示：消色差超构光栅波导方案显著提升AR设备的色彩均匀度与稳定性； 

极端环境：冰微纤维在低温光子学中表现卓越，或助力深空探测。 

挑战与展望     

    尽管成果显著，生物纤维的力学性能优化、材料表面缺陷控制及跨尺度集成仍是技术难点。未来，结合基因编辑、绿色制造和AI设计，有望开发出兼具自修复、智能响应特性的“多模态光波导”，推动光技术向更高灵敏度、更低损耗演进。正如作者所述：“每一次材料突破都在重构光波导的应用边界，我们正站在智能光学的新起点。”

文章来源：张锦峰, 丁乐, 林志滔, 何俊达, 董宁, 李求果, 杨先光. 功能纤维材料与光波导应用（特邀）[J]. 光学学报（网络版）, 2025, 2(8): 0809001.

期刊简介

《光学学报（网络版）》由中国科学技术协会主管，中国科学院上海光学精密机械研究所和中国光学学会主办，中国激光杂志社出版的学术类网络刊，主要反映中国光学全领域的学术动态和最新科研成果。

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