近期，暨南大学光子技术研究院李向平团队与关柏鸥团队、新加坡国立大学仇成伟团队合作，在超短脉冲激光彩色图案加密打印技术方面的研究中取得重要进展。他们提出利用紧聚焦的单个飞秒脉冲对“银-氮化硅-钛”的夹心膜结构进行直接辐照，获得了具有三维形貌的纳米“火山”结构，并利用其具有的角度各向异性实现了依赖入射光角度进行彩色图案隐藏和读取的加密隐写术。该项工作的成果近期以“Laser Splashed Three-Dimensional Plasmonic Nanovolcanoes for Steganography in Angular Anisotropy”发表在<>上。暨南大学光子技术研究院的博士后胡德骄博士为论文第一作者，新加坡国立大学仇成伟教授和暨南大学光子技术研究院李向平教授为共同通讯作者。此外，四川大学和深圳大学的合作者也为这项研究做出了贡献。
该项研究打破现有超表面设计思路的局限，提出利用具有三维形貌的纳米结构对入射角度的特异性响应实现将信息隐藏在“入射角度”的光学通道里。本文共同通讯作者李向平教授说，“一个平常生活现象给与了我们巨大的启发，例如下雨天，雨滴从高空落下锤打到水面，会形成不同三维形貌结构的水花溅射和浪花朵朵。”受到水花溅射的启发，该项研究采用飞秒脉冲激光在“银-氮化硅-钛”的特殊夹心结构上进行加工直写，使其在几个皮秒内实现等容升温，诱导外层金属钛膜获取动量往外喷射，同时借助热量的耗散冷却，最终凝固形成具有不同形貌的纳米“火山”结构（图1a、1b）。本文第一作者胡德骄博士说，“区别于人们在超表面领域常用的平整型超原子，这种火山形状的纳米结构具有三维形貌，在竖直维度上的不均匀性使得它具有区别于以往共振结构的特性。”由于其支持的横向和竖向共振模式，在不同入射角度下会有不同的强度变化，使得纳米“火山”结构具有高度的角度各向异性，在入射光的不同角度激发下，会显示出不同的颜色。本文共同通信作者仇成伟教授说，“基于这种超短脉冲的特殊加工方法，我们能够展示具有纳米尺度像素大小的超高分辨率彩色图案打印以及全新的通过改变入射光角度对加密信息的隐藏和读取技术（图1c、1d）。”该基于激光打印三维形貌纳米结构的方法，为超表面的加工制备提供了新的思路；其演示的角度各向异性加密隐写技术在信息安全、防伪标记等方面有着很高的应用前景。
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图1.飞秒脉冲打印实现角度各向异性加密隐写术（a）飞秒激光诱导钛薄膜喷射形成火山结构；（b）具有不同形貌的火山结构示意图；（c）小角度入射光读取时信息被隐藏；（d）大角度入射光读取被隐藏信息。
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通过调控飞秒脉冲的能量密度，可以对钛金属的纳米火山形貌乃至其光谱实现精确控制。图2显示了这种精准的调控性能，通过增加脉冲能量密度，调控纳米火山不同“喷发”阶段，加工得到从月形纳米泡、锥形火山到纳米井形状的结构。在更高的能量密度下直接将钛膜“打飞”，形成纳米坑状结构。钛膜纳米结构的等离激元共振模式跟氮化硅层里面的法布里-珀罗共振耦合干涉，形成法诺共振，造成谱线的压窄。这种谱线上的压窄可增强散射光的色彩饱和度，获得更加鲜艳的色彩。图2b-2k展示了利用飞秒脉冲技术打印获得的彩色图像，其尺寸从几百微米到亚厘米量级，而分辨率可高达12700 dpi。
图2. 飞秒脉冲实现不同形貌纳米火山结构的制备以及彩色打印。（a）不同形貌的纳米火山结构正视和侧视扫描电镜图，其中图v对应较高能量密度情况下打印出的纳米坑；（b-k）不同尺寸的超高分辨率彩色打印图案。
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该项目提出的飞秒脉冲制备纳米火山结构技术，相比传统超表面的加工方法来说，大大降低了加工制备成本缩短了加工时间。通过精确调控脉冲能量密度即可制备获得具有三维形貌的纳米结构，进而使得入射角度成为调控单像素散射特性的新自由度。由此无需利用多个超原子的干涉效应即可获得角度各向异性，以实现基于入射角度的加密隐写术。本文的合著者关柏鸥教授说，“该研究为高分辨彩色打印技术、彩色图像加密术的实现提供了新的思路，在信息安全、防伪标记方面有重要的应用前景。”
原文引自“两江科技评论”微信公众号。
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