东北师大两篇《Opt. Lett.》：纳米银涡旋信息加密及莫尔条纹刻写

金属/半导体（M/S）纳尺度肖特基结已被广泛研究。在共振光的辐照下，离子-电子分离可引发纳米银的光氧化反应，形成等离激元频域“光谱烧孔”，该过程可用于高密度光存储。不仅如此，银纳米颗粒还可以根据入射光斑的偏振状态和辐照位置发生定域的各向异性溶解反应，进一步提供了多维度光信息加密的可行性。

近日，东北师范大学付申成教授、张昕彤教授、刘益春院士研究团队利用纳米银光化学反应，实现了涡旋信息加密和莫尔条纹刻写，两项工作相继发表于《Optics Letters》，第一作者分别为博士生苗景迎、李鑫，该研究得到了国家自然科学基金委、吉林省科技厅的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1364/OL.465528

https://doi.org/10.1364/OL.468307

创新研究

团队通过丝网印刷商用二氧化钛浆料和紫外光还原生长银纳米颗粒的方法。制备了大尺寸的等离激元Ag/TiO2全息盘片，将携带轨道角动量的圆偏振涡旋光束与正交圆偏振高斯光束干涉，通过Ag纳米颗粒的各向异性光氧化效应，在Ag/TiO2全息盘片上刻录偏振-涡旋全息光栅，保存双光束所携带的偏振态和拓扑荷数信息。该全息光栅表现出偏振、涡旋选择衍射特性，其衍射光场分为环形光强分布、高斯光强分布和隐藏三种类型。通过多种光学元件和步进电机组成了小型化全息存储系统（图1），团队设计了一种信息加密读取的策略(图2)。以读取光束的偏振态和拓扑荷数的取值组合作为密钥，光栅阵列作为密文，通过对串行读取光栅阵列所获得的衍射光场进行组合编码，实现了信息的独立加密存取。

图1. 偏振-涡旋全息加密系统示意图。

图2. 串行编码衍射的信息解密示意图。

团队又通过提拉浸渍技术制备了介孔TiO2薄膜，并将其浸泡在银盐溶液中充分吸附银离子。在紫光和绿光同时开启后，双空间频率的干涉光场作用于样品，两个光栅的面内叠加导致新的表面轮廓出现。紫光还原和绿光氧化的双路径对TiO2表面纳米银颗粒的生成进行了选择性调制，进而出现了具有低频周期的莫尔条纹结构（图3），产生了额外的衍射级次，同时发现两套光栅叠加后，出现新的衍射级次没有造成原衍射效率的降低。清晰的表面轮廓和光栅生长动力学表明，基于双向光化学作用的刻录过程可用于高密度波长复用全息存储。

图3. （a）模拟的光还原光栅，光氧化光栅和莫尔条纹的光强分布。（b）双干涉光场照射下银颗粒分布示意图和（c）获得的低频莫尔条纹偏光显微镜图片。

应用和展望

基于光化学反应原理的纳米银全息光栅为低串扰刻写复杂表面微纳结构提供了新思路，这种具有多通道选择衍射能力的光栅单元也可用作全光逻辑门，在感、存、算一体化纳米器件领域将发挥独特作用。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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