近日，我校星空·体育（StarskySports）官方网站付申成教授团队在光学加密领域取得系列研究进展。该团队通过激发光功率调制碳量子点/二氧化钛的双折射效应，进行偏振像素记录与数字全息加密；将螺噁嗪的超快光异构化过程与时间依赖的荧光发射特性结合，开发了格点化的全息隐写阵列；采用脉冲激光加工贵金属微纳杂化结构，实现光热反应与液相化学反应双路径的信息隐写。相关研究结果相继发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）和《光学快车》（Optics Express）等国际知名期刊上。
光的可控物理维度多、抗干扰能力强、传输速度快，适宜发展大容量、长寿命、高安全的信息交互平台。在海量数据超指数增长的社会背景下，光学加密作为信息安全领域的重要分支受到广泛关注。当传递信息（密文）存储在光敏介质上时，只有利用发送方与接收方提前确定的规则（密钥）才能将密文真实还原，而在其他条件下接收方获取的均为假信息。如何有效调控光敏介质的响应速度与物理维度、实现正交光学加密、提升加密系统的安全等级仍然面临重大挑战。针对这一难题，付申成教授团队发展了先进的光响应介质与加密方案。
通常，单点多通道独立光学记录可以显著提高加密级别和存储密度。马吕斯定律（Malus Law）揭示了偏振介质能够通过偏振器以不同的旋转角度显示或隐藏多种图案。因此，解密信息的密钥可以隐藏在极化方向中。如果将极化方向信息进一步转化为不可识别的形式，将大幅提升信息交互的安全性。为此，该团队开发了大面积碳量子点/二氧化钛（CDs /TiO2）光盘，并发现其可调谐的光学响应特性。在低功率密度的线偏振光激发下，薄膜光盘保持原有的深红色，但变为各向异性并产生显著的光致双折射能力。在高功率刺激下，CDs/TiO2光盘则变为透明，表现出光学振幅调制能力。通过调控激发光的功率，将像素化的计算机生成全息图（CGH）和偏振图案进行空间编码，解密信息的偏振密钥只能从CGH衍射重构的正交信道中获得。此外，CDs/TiO2光盘中的极化信息表现出优异的高温鲁棒性，可以承受150 ℃下405小时的持续破坏。基于阿伦尼乌斯模型合理预测，CDs /TiO2光盘的偏振信息在室温28 ℃下至少可保存2341年。这种基于碳材料的全息加密也为开发低成本、长寿命、海量数据安全存储平台提供了一条光明途径。该成果以“Robust Carbon-Dot Optical Disks for Orthogonal Amplitude-Polarization Encryption Storage” 为题，在线发表于光学领域国际知名期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews, 2024, 2401231）；论文的第一作者为星空·体育（StarskySports）官方网站博士研究生苗景迎；通讯作者为星空·体育（StarskySports）官方网站付申成教授、张昕彤教授、刘益春院士。
图1：基于像素裁切的碳点光盘全息加密策略
光致变色分子在全息显示应用中已经获得长足发展。然而实现全息图与荧光图案的集成动态调制，并实现正交的光学加密仍然面临技术瓶颈。为此，该团队通过在螺噁嗪（SO）基聚合物中掺入磷酸三邻甲苯酯（TOCP），有效调控了SO和部花青（MC）之间的异构化速率和紫外荧光动力学，成功构建了格点化的全息隐写阵列。在该阵列中，每个信息位达到荧光饱和值的周期可以在60秒到1700秒之间灵活调制。利用这一特性，该团队开发了格点化的荧光光致变色器件，并展示了代表空间格点坐标和全息显示时间的荧光图案变化，进一步在刷新率为1.125 Hz的重建全息视频中解码出隐藏的3D图像。该研究不仅为荧光光致变色分子的调控提供了重要思路，还为下一代超安全信息显示系统提供了强大平台。该成果以“Ultra-High Secure Holographically Steganographic Array with Spatiotemporal Dual-Encryption Keys” 为题，在线发表于材料领域国际知名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2024, 2414352）；论文的第一作者为星空·体育（StarskySports）官方网站硕士研究生朱泽霖；通讯作者为星空·体育（StarskySports）官方网站付申成教授、张昕彤教授。
图2 携带时空双重秘钥的全息隐写阵列
金属纳米粒子具有局域表面等离激元共振效应，能够响应外界光场，并呈现出多彩颜色，从而为光学信息提供有效记录平台，基于该体系进一步实现信息隐写具有重要意义。团队提出一种精细化调节颜色信息的新策略，通过光热反应和液相化学反应双重路径，构建了贵金属微纳杂化结构。光热反应基于纳秒脉冲激光扫描银/五氧化二钽（Ag/Ta2O5）双层膜，银膜在扫描线的中心区域被烧蚀，而在边缘区域会因红外激光的热辐射效应形成银纳米颗粒。进一步将Ag/Ta2O5双层膜置于KCl溶液中浸泡，进行不同时间周期的液相化学反应，银纳米颗粒会发生溶解和形状调制，其尺寸和间距的变化会实现等离激元可见区光谱的精细移动。彩色信息在激光加工过程中通过调整扫描次数和能量密度来隐藏，并在随后的化学反应中浮现。这种双路径加密打印策略操作便捷，可应用于持久数据存储、信息隐写术等领域。该成果以“Bi-path Color Tunable Plasmonic Micro-nano Hybrid Structures for Encrypted Printing” 为题，在线发表于光学领域国际知名期刊《光学快车》（Optics Express, 2024, 32, 9384）；论文的第一作者为星空·体育（StarskySports）官方网站博士研究生齐修平；通讯作者为星空·体育（StarskySports）官方网站付申成教授。
以上研究得到了国家自然科学基金、吉林省科技厅和吉林省教育厅等项目的支持。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202401231
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202414352
https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-6-9384&id=547526
撰稿：李鑫
初审：王春亮
复审：臧丹
终审：付申成
