可调谐光学超材料实现动态信息隐写与多级存储的微型加密器件研究

研究人员针对当前光学加密器件缺乏可重构性和动态功能的问题，开发了一种基于香豆素的光响应超材料，通过直接激光书写(DLW)和灰度梯度策略实现了光致发光(PL)特性的动态调控。该研究构建了微动态多重加密器件(μ-DMED)，可在多光场下实现文本和图案的隐写，并通过375/257 nm双波长激光系统实现信息的写入、擦除和重写。这项发表在《Nano-Micro Letters》的工作为微尺度动态加密提供了新范式，在信息安全领域具有重要应用价值。

　　

在信息爆炸的时代，如何保护敏感数据的安全存储成为重大挑战。传统光学加密技术虽然具有肉眼可读的优势，但面临着器件尺寸过大、加密维度有限、缺乏动态重构能力等瓶颈。特别是在军事防伪、货币加密等高端应用场景，亟需一种能在微米尺度实现多重动态加密的新型解决方案。

为突破这些限制，Jianchen Zheng和Yuzhao Zhang等研究者创新性地将光学超材料与动态能量转换机制相结合。研究团队通过构建多光场耦合原位控制系统(MICS)，开发出具有可编程特性的微动态多重加密器件(μ-DMED)。这项突破性成果发表在材料科学顶级期刊《Nano-Micro Letters》上，为下一代信息安全技术开辟了新路径。

关键技术方法包括：1) 采用双光子聚合(DLW-TPP)技术加工具有梯度特性的荧光灰度梯度块(FGB)和结构色块(SCB)；2) 搭建含375/257 nm双波长激光的MICS系统实现实时调控；3) 通过原子力显微镜(AFM)和荧光光谱表征材料力学与光学性能；4) 基于有限时域差分法(FDTD)模拟结构色特性；5) 设计循环擦写实验验证器件稳定性。

3.1 超材料的性能调控

通过调节激光功率(LP)和扫描速度(SS)，实现了香豆素基超材料从17.5到30 mW范围内的Young's modulus精确控制。当LP=30 mW、SS=10 mm/s时获得最大刚度，而LP=17.5 mW、SS=25 mm/s时材料最为柔软。同步观测到PL强度与加工参数呈正相关，在λ_ex=405 nm激发下，CH1通道(425-475 nm)的荧光强度随SS增加而降低，为后续灰度梯度加密奠定基础。

3.2 基于灰度梯度的信息隐写

设计的两类加密器件展现出独特优势：FGB器件通过调节嵌入高度(H1/H2)实现白光下的图案隐藏，当H1=6μm>H2=5μm时，"中国龙"图案仅在荧光通道可见；SCB器件则通过改变晶格间距(D)和加工参数，使"LUCK"文本信息在荧光条件下完全加密。

3.4 基于MICS的能量转换

EEM光谱分析揭示：257 nm激光照射使荧光强度显著增强，CIE1931坐标向绿色区域偏移；而375 nm照射引发[2+2]环加成反应，导致荧光淬灭。Micro-FTIR在900-1000 cm^-1处检测到环丁烷特征峰，证实了香豆素二聚体的可逆转化机制。

3.5 可重构的多级信息存储

μ-DMED展现出卓越的动态性能：375 nm星形光斑照射60秒可写入图案(对比度提升5.2倍)，257 nm照射实现完全擦除。SCB器件通过"GOOD-LUCK"和"LOCK"双密码输出模式，验证了多重加密能力。经过21次擦写循环后器件仍保持稳定，白光下的文本信息可长期保存超过10天。

这项研究开创性地将4D打印概念引入光学加密领域，实现了700 nm加工精度和60秒快速响应的性能突破。所开发的μ-DMED器件兼具动态重构、多级存储和微型化优势，为国防安全、量子通信等领域的防伪技术提供了全新解决方案。特别是通过光能-化学能转换实现的实时信息重写功能，为发展智能加密材料指明了新方向。未来通过优化材料体系和光学控制系统，有望进一步拓展其在微纳光子器件中的应用潜力。