圖1. (A) 提出的具有角度和偏振敏感特性的雙層熱輻射器結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)由頂層ENZ極性電介質(zhì)層和底層金屬反射鏡組成。(B)-(D) 不同檢測條件下結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性及由圖案顯現(xiàn)("1")或消失("0")所確定的對應(yīng)編碼。(E)-(F) SiO?、Al?O?和TiO?在長波紅外區(qū)域的介電常數(shù)。(G)-(H) 在Berreman厚度下，長波紅外區(qū)域TE和TM偏振的反射光譜，對應(yīng)入射角分別為45°、55°和73°。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所邵宇川研究員團(tuán)隊，報道了一種面向紅外多級加密解密的角度、偏振和波長選擇性窄帶熱輻射器。研究人員提出了使用亞波長雙層超構(gòu)薄膜(金屬層+近零折射率(ENZ)層)實現(xiàn)入射角和偏振角選擇性的雙波長窄帶熱輻射器，并使用長波紅外相機(jī)進(jìn)行了信息加密解密的應(yīng)用演示。研究成果以“An Angle- and Polarization-selective Dual-wavelength Narrowband Thermal Emitter for Infrared Multilevel Encryption”為題發(fā)表于Research。

隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，信息安全問題日益嚴(yán)峻，加密技術(shù)作為保障信息安全的核心手段受到廣泛關(guān)注。僅依賴數(shù)字加密難以完全避免信息在傳輸過程中被截獲或泄露，因此結(jié)合數(shù)字算法與物理密鑰的聯(lián)合加密技術(shù)應(yīng)運而生，以進(jìn)一步提升安全性。光學(xué)密鑰作為物理密鑰的重要組成部分，在高端加密系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色。現(xiàn)有研究主要集中在可見光波段，紅外波段的光學(xué)防偽與信息加密技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。紅外熱輻射加密技術(shù)因其可利用紅外相機(jī)直接可視化數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，成為一種有效的解決方案。通過精確調(diào)控?zé)彷椛涞钠窕驈?qiáng)度，可實現(xiàn)信息的編碼與存儲。

圖2. (A) 用于紅外加密-解密應(yīng)用的具有角度和偏振選擇性的窄帶紅外熱輻射器探測示意圖。該熱輻射器樣品發(fā)射雙波長窄帶紅外光，隨后通過7.5-8.5 μm高透射濾光片和偏振片進(jìn)行濾波。(B)-(C) 在θ = 0°和45°時測量的輻射強(qiáng)度譜。(D)-(K) 在長波紅外相機(jī)前加裝或不加裝濾光片條件下，于θ = 0°或45°、φ = 0°或90°時采集的紅外圖像。

針對上述挑戰(zhàn)，本研究提出了一種低成本、無需復(fù)雜光刻、可晶圓級制備的紅外熱輻射器，具有角度和偏振選擇性的雙波長窄帶特性，可用于高安全性紅外信息加密與解密。該熱輻射器由超薄ENZ(近零折射率)材料與金屬層組成，通過Berreman模式和反對稱法布里-珀羅(FP)共振，在長波紅外(LWIR，7.5-14 μm)波段實現(xiàn)雙吸收峰，并展現(xiàn)出角度與偏振依賴的熱輻射特性。基于這一物理層密鑰，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一套高安全性加密通信方案，結(jié)合數(shù)字加密與物理密鑰，顯著提升了信息傳輸?shù)陌踩裕瑸榧t外通信網(wǎng)絡(luò)的加密系統(tǒng)與光學(xué)可重構(gòu)安全框架提供了新思路。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、中國科協(xié)青年人才托舉工程等項目的支持。

審核編輯 黃宇