单向光纤是基于近些年拓扑光子学的进展和外尔材料的发现设计出的一种拓扑波导。其原理是使用拓扑光子带隙材料将正反传输通道在三维空间中分开。团队通过螺旋调制外尔光子晶体，耦合并湮灭了外尔点，得到了这样的三维拓扑带隙材料，分开了正反传播的光子通道。对光子晶体的调制分为两个部分，其中空间调制是通过周期性调节结构占空比完成的，而螺旋调制则是在空间拉出了一条拓扑线缺陷，其位置就是单向光纤的导光区域（纤芯）。
这种拓扑单向光纤的导光方向和模式数量由螺旋调制的方向和频率唯一确定，在数值上等于体系的拓扑不变量。与二维拓扑光子晶体边缘的单向边缘态（不变量是二维空间的第一陈数）的拓扑原理不同，单向光纤的拓扑不变量是四维参量空间的第二陈数，这个四维空间由三维空间变量加螺旋调制的角度所组成。
