近期，中科院上海光機(jī)所研究員邵宇川團(tuán)隊(duì)，報(bào)道了面向紅外多級(jí)加密解密的角度、偏振和波長選擇性窄帶熱輻射器。該研究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(shí)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。

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(yùn)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)中具有重要作用。現(xiàn)有研究集中在可見光波段，而紅外波段的光學(xué)防偽與信息加密技術(shù)面臨諸多挑戰(zhàn)。紅外熱輻射加密技術(shù)因具有可利用紅外相機(jī)直接可視化數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，成為有效的解決方案。研究發(fā)現(xiàn)，通過精確調(diào)控?zé)彷椛涞钠�振或�?qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)信息的編碼與存儲(chǔ)。

該團(tuán)隊(duì)提出了低成本、無需復(fù)雜光刻、可晶圓級(jí)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材料與金屬層組成，通過Berreman模式和反對(duì)稱法布里-珀羅共振，在長波紅外波段實(shí)現(xiàn)雙吸收峰，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，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了高安全性加密通信方案，結(jié)合數(shù)字加密與物理密鑰，提升了信息傳輸?shù)陌踩�性，為研究紅外通信網(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。

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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(duì)應(yīng)編碼。(E)-(F) SiO₂、Al₂O₃和TiO₂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(duì)應(yīng)入射角分別為45°、55°和73°。

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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(shí)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(shí)采集的紅外圖像。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Research上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.34133/research.0719