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仪表网 研发快讯】近期，中国科学院上海光学精密机械研究所邵宇川研究员团队，报道了一种面向红外多级加密解密的角度、偏振和波长选择性窄带热辐射器。研究人员提出了使用亚波长双层超构薄膜(金属层+近零折射率(ENZ)层)实现入射角和偏振角选择性的双波长窄带热辐射器，并使用长波红外相机进行了信息加密解密的应用演示。研究成果以“An Angle- and Polarization-selective Dual-wavelength Narrowband Thermal Emitter for Infrared Multilevel Encryption”为题发表于Research。
随着数据量的爆炸式增长，信息安全问题日益严峻，加密技术作为保障信息安全的核心手段受到广泛关注。仅依赖数字加密难以完全避免信息在传输过程中被截获或泄露，因此结合数字算法与物理密钥的联合加密技术应运而生，以进一步提升安全性。光学密钥作为物理密钥的重要组成部分，在高端加密系统中扮演着关键角色。现有研究主要集中在可见光波段，红外波段的光学防伪与信息加密技术仍面临诸多挑战。红外热辐射加密技术因其可利用红外相机直接可视化数据的优势，成为一种有效的解决方案。通过精确调控热辐射的偏振或强度，可实现信息的编码与存储。
针对上述挑战，本研究提出了一种低成本、无需复杂光刻、可晶圆级制备的红外热辐射器，具有角度和偏振选择性的双波长窄带特性，可用于高安全性红外信息加密与解密。该热辐射器由超薄ENZ(近零折射率)材料与金属层组成，通过Berreman模式和反对称法布里-珀罗(FP)共振，在长波红外(LWIR，7.5-14 µm)波段实现双吸收峰，并展现出角度与偏振依赖的热辐射特性。基于这一物理层密钥，研究团队构建了一套高安全性加密通信方案，结合数字加密与物理密钥，显著提升了信息传输的安全性，为红外通信网络的加密系统与光学可重构安全框架提供了新思路。
相关工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中国科协青年人才托举工程等项目的支持。
图1. (A) 提出的具有角度和偏振敏感特性的双层热辐射器结构示意图，该结构由顶层ENZ极性电介质层和底层金属反射镜组成。(B)-(D) 不同检测条件下结构的光学特性及由图案显现("1")或消失("0")所确定的对应编码。(E)-(F) SiO₂、Al₂O₃和TiO₂在长波红外区域的介电常数。(G)-(H) 在Berreman厚度下，长波红外区域TE和TM偏振的反射光谱，对应入射角分别为45°、55°和73°。
图2. (A) 用于红外加密-解密应用的具有角度和偏振选择性的窄带红外热辐射器探测示意图。该热辐射器样品发射双波长窄带红外光，随后通过7.5-8.5 μm高透射滤光片和偏振片进行滤波。(B)-(C) 在θ = 0°和45°时测量的辐射强度谱。(D)-(K) 在长波红外相机前加装或不加装滤光片条件下，于θ = 0°或45°、φ = 0°或90°时采集的红外图像。
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