無需對(duì)準(zhǔn)也能傳數(shù)據(jù)？超快紫外激光實(shí)現(xiàn)萬億分之一秒傳信！

想象一下，未來你的無人機(jī)在濃煙彌漫的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)穿梭，或者火星車在沙塵暴中穿行，它們之間依然能高速傳遞信息——不是靠無線電，也不是靠普通激光，而是一種肉眼看不見的“超快紫外光”。最近，英國諾丁漢大學(xué)和帝國理工學(xué)院的科學(xué)家聯(lián)合研發(fā)出一種全新的通信技術(shù)：用波長(zhǎng)極短的紫外光（UV-C），以每秒數(shù)萬億次的速度發(fā)送信息，整個(gè)過程快到難以想象——一次“眨眼”里，它能完成上百萬億次數(shù)據(jù)傳輸。這項(xiàng)突破性成果已于2026年1月5日發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《Light: Science & Applications》上，為未來極端環(huán)境下的高速通信打開了新大門。

這種新技術(shù)的核心，是一套既能“發(fā)”又能“收”的紫外激光系統(tǒng)。傳統(tǒng)通信多用紅外線或可見光，但它們有個(gè)致命弱點(diǎn)：一旦遇到障礙物——比如煙霧、灰塵、樹葉甚至建筑物拐角——信號(hào)就斷了。而這次科學(xué)家選用的是波長(zhǎng)在100到280納米之間的UV-C紫外光。這種光有個(gè)神奇特性：它在空氣中會(huì)強(qiáng)烈散射，就像手電筒照進(jìn)霧里，光會(huì)向四面八方彈射。聽起來像是缺點(diǎn)，但恰恰是這個(gè)“缺點(diǎn)”讓它能實(shí)現(xiàn)“非視距通信”——也就是說，哪怕發(fā)射器和接收器之間沒有直線通路，只要光能在空氣中反彈幾次，信息照樣能送達(dá)。

但問題來了：UV-C光雖然有用，卻極難操控。過去幾十年，科學(xué)家一直缺乏能高效產(chǎn)生和精準(zhǔn)探測(cè)這種光的設(shè)備。要么光源笨重昂貴，要么探測(cè)器靈敏度太低，根本沒法實(shí)用。這次，研究團(tuán)隊(duì)終于找到了解決方案：他們用一種叫“級(jí)聯(lián)二次諧波”的光學(xué)技巧，在特殊晶體中把普通激光一步步“壓縮”成超短的UV-C脈沖——每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間不到一飛秒（即一千萬億分之一秒，也就是“萬億分之一秒”的千分之一）。這相當(dāng)于把一整部高清電影的信息，塞進(jìn)比閃電還快無數(shù)倍的一閃之中。

更關(guān)鍵的是接收端。研究人員沒有用傳統(tǒng)硅基傳感器，而是采用了一種叫“硒化鎵”（GaSe）的二維材料——厚度只有幾個(gè)原子層，像一張超薄的紙。這種材料對(duì)UV-C光極其敏感，即使在室溫下也能快速響應(yīng)，并且表現(xiàn)出一種罕見的“超線性”特性：光越強(qiáng)，電流增長(zhǎng)得越快，這讓微弱信號(hào)也能被清晰捕捉。整個(gè)探測(cè)器是在2英寸藍(lán)寶石晶圓上用分子束外延技術(shù)“長(zhǎng)”出來的，意味著未來可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本可控。

為了驗(yàn)證效果，團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)自由空間通信實(shí)驗(yàn)：一邊用UV-C激光編碼信息（比如一段文字或指令），另一邊用二維材料傳感器接收并解碼。結(jié)果令人振奮——信息準(zhǔn)確無誤地傳過去了，而且速度極快。這意味著，這套系統(tǒng)不僅能用，還能用在真實(shí)場(chǎng)景中。

那么，這技術(shù)到底能干啥？首先，它特別適合復(fù)雜、危險(xiǎn)或視線受阻的環(huán)境。比如消防員在濃煙中協(xié)同作戰(zhàn)，機(jī)器人在廢墟里搜救幸存者，或者自動(dòng)駕駛車隊(duì)在沙塵暴中保持聯(lián)絡(luò)。其次，由于UV-C光不會(huì)干擾現(xiàn)有無線電頻段，也不會(huì)被輕易截獲，它在軍事保密通信中也有巨大潛力。此外，這種超快激光還能用于超高分辨率顯微成像、材料精密加工，甚至探索量子光學(xué)的新現(xiàn)象。

研究負(fù)責(zé)人阿瑪莉亞·帕塔內(nèi)教授表示：“這是人類第一次把飛秒級(jí)UV-C激光的產(chǎn)生和探測(cè)集成在一個(gè)兼容制造的平臺(tái)上。我們不僅造出了‘槍’，還造出了‘眼睛’。”另一位合作者約翰·蒂施教授則強(qiáng)調(diào)，他們的系統(tǒng)效率高、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，有望做成便攜設(shè)備，讓更多實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)用得起。

當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)離手機(jī)里裝一個(gè)還很遠(yuǎn)。但它的意義在于證明了“超快紫外通信”這條路是可行的。隨著二維材料和光子芯片的發(fā)展，未來我們或許能看到指甲蓋大小的UV-C通信模塊，嵌入無人機(jī)、衛(wèi)星甚至可穿戴設(shè)備中，在看不見的地方，以光速傳遞關(guān)鍵信息。

參考資料：Fast ultraviolet-C photonics: generating and sensing laser pulses on femtosecond timescales” by Benjamin T. Dewes, Tim Klee, Nathan D. Cottam, Joseph J. Broughton, Mustaqeem Shiffa, Tin S. Cheng, Sergei V. Novikov, Oleg Makarovsky, John W. G. Tisch and Amalia Patané, 19 November 2025, Light: Science & Applications. DOI: 10.1038/s41377-025-02042-2