发布时间：2024-09-08 06:14:44 来源：三亿体育首页 作者：三亿体育app平台  浏览次数：31

　　“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。

　　近日，吉林大学电子科学与工程学院陈长鸣教授与费腾教授学科交叉合作团队，利用自主合成的两种荧光小分子齐聚物TCBzC和TCNzC分别作为绿色和橙色光源的增益材料（图1），他们研究了基于光脉冲编码调制技术的双层加密聚合物波导器件的发光特性、信息编码和防功能。该工作首次利用三维聚合物光子集成平台实现了信息加密传输和数据信息泄露预警功能，并且可以有效保证接收用户实时获取加密信息，在全光保密通信中具有重要应用价值。

　　随着光通信技术的飞速发展，特别是智能手机和Wi-Fi的出现，人们可以随时随地在网络中获取需要的图像和信息。但是如果传输内容涉及到隐私、商业秘密或者军事作战地图等重要内容，就关系到数据的加密保护（Comput. Hum. Behav., 2018, 80, 143）。同时，随着数据量的不断增长，传统的电学加密技术已不能满足目前高安全性和大容量性的需求。近年来，研究人员将光学编码调制技术与传统加密技术相结合，提供了新一代光信息安全解决方案（IEEE Trans. Ind. Electron., 2019, 66, 3287）。光学编码调制加密技术具有信息量大、可并行编程、多自由度等特点（Adv. Mater., 2022, 34, 2103192），为光学加密系统提供了巨大的空间，使其具有较高的安全性。

　　在这些背景之下，研究团队提出了一种具有增益的双层脉冲编码调制加密波导器件。采用简易的紫外直写制备工艺与外部泵浦光激励的方式，将图像和信息加密功能应用到聚合物光波导器件中，使用三维多层堆栈式光波导集成技术，减小光子芯片的平面尺寸，在光子集成链路（PICs）、光显示和光信加密等方面具有广阔的应用前景。

　　设计的双层增益型荧光波导器件通过外部泵浦光的激发，在垂直方向上可以显示加密图像信息，在水平方向上传输具有重要信息的数字编码光信号。通过转换外部泵浦光的波长和频率，可以发送并警告接收方数据传输的过程已被监控。

　　将TCBzC和TCNzC分别掺杂到环氧SU-8聚合物中，形成具有增益特性的波导材料。利用光学显微镜和扫描电子显微镜对制备完成的波导器件进行整体结构的表征，器件的俯视图与横截面结构示意图如图2所示，两种荧光聚合物掺杂的双层波导、校徽Logo和“JLU”缩写的结构均清晰完整。此外，不同层波导之间不存在互溶的现象，证明了利用简单的旋涂方法和湿法刻蚀方法可以获得形状完整的多层光波导结构。

　　将光功率为0 dBm的532和655 nm信号光耦合到双层波导器件，在外部泵浦光激励下能够产生增益，如图3所示。当外部405 nm泵浦光功率为100 mW 时，两种波长信号光获得的最大平均增益分别为5.71和5.34 dB。并且，利用TCBzC/SU-8 波导层进行光信号数据信息的传输时，当数字信号发生器分别以250 Hz 的频率输出消息码时（方波），光电探测器接收的波形在数字示波器上以蓝色方波的形式显示，能够正确地恢复加密明文。

　　当发现者时，利用底层TCBzC/SU-8 波导层发送伪码信息迷惑者，上层TCNzC/SU-8 波导层传输真实信息数据。通过改变信号光和泵浦光的工作频率也有助于保证网络信息安全，避免真实传输的数据被。

　　切换外部泵浦光为532 nm后，TCNzC/SU-8 顶层波导在655 nm 波长处的最大平均增益为7.45 dB。在顶层波导层中分别测量了[1100]、[0001]和[1110]的脉冲编码信息调控功能，器件响应时间为264 μs。实验结果表明，该技术具有良好的信息加密性能，在全光保密通信中具有重要的应用价值。

　　该工作的开展在有效保证接收用户实时获取加密信息的同时，丰富了三维集成光子加密和光学显示技术的应用前景，在后续的研究工作中，该团队将继续结合光子加密，去深入研究可编码、多功能型光学通讯器件。

　　论文第一作者为吉林大学博士研究生王春雪，吉林大学陈长鸣教授与费腾教授为论文通讯作者。此研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研究计划项目的支持。

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