近日，北京理工大學黃玲玲教授團隊與天津大學張學遷教授團隊合作，提出了一種能夠通過溫度變化實現信息的可逆加密與再現的太赫茲超表面，該工作巧妙結合了相變材料氧化釩與電磁感應透明效應（EIT）二者的特性與工作原理。

該項研究成果發表在國際著名期刊Laser & Photonics Reviews上，題目為“Dynamic Terahertz Metasurface for Thermally Controlled Optical Encryption”。 相變材料具有廣闊的應用領域，氧化釩是最為常用的相變材料之一，其能夠在絕緣態和金屬態之間通過溫度變化實現相態與光學參數改變，并且所需相變溫度只有68攝氏度，同時具備易逝與可逆性，因此氧化釩十分適合應用溫度變化實現動態功能。

超表面是一種利用“人工原子”，按照特定排列方式構建成的準二維平面材料，工作在太赫茲波段的超表面同時具有微波和紅外波段的光學性質，并且其天線結構尺寸遠大于工作在可見光和近紅外波段的超表面結構尺寸，使其相對來說易于加工，更容易實現一些宏觀的動態操縱，近年來始終是學者們的研究熱點。

目前，基于相變材料氧化釩的動態太赫茲超表面多是實現異常折射或是全息顯示的功能，還沒有將其應用于光學加密，若通過簡單的溫度調節就實現加密信息的可逆顯示與隱藏，具有重要研究價值與應用意義。 研究創新點

基于相變材料氧化釩的太赫茲超表面工作多是直接利用氧化釩構成主要天線，再通過改變溫度使得氧化釩的光學參數改變，進而實現動態功能。本項工作與上述傳統設計方法不同，北京理工大學與天津大學共同提出了一種動態超表面的全新設計方法，結合傳統的電磁感應透明效應（EIT），并引入氧化釩材料作為控制EIT效應的開關，進而實現二值全息圖的再現與消失，即光學解密與加密過程。

圖1 熱控光學加密太赫茲超表面的工作示意圖

所提出的太赫茲超表面由動態像素和靜態像素兩種像素構成，二者共同點在于都由一根金棒與兩個開口相對的金開口諧振環組成，不同之處在于動態像素中有一對氧化釩結構開關。當氧化釩處于絕緣狀態，控制EIT效應開啟，故此時動態像素和靜態像素的振幅均處于高值，光通過后不顯示任何有效信息。溫度改變后，氧化釩切換至金屬狀態，此時動態像素中的金開口諧振環導通，導致其內部電流分布改變，控制EIT效應關閉，同時像素振幅下降，此時整個超表面將呈現出一幅二值全息圖，當工作頻率0.63THz的光通過后，能夠良好全息再現出設計的字母X。

圖2 靜態與動態天線的結構圖與EIT效應的開與關示意圖

研究團隊針對氧化釩的相變方式在實驗驗證過程中采用全局熱調控，該方式相對于逐像素調控更易實現相態的轉變，并且具備更快的調相速度。此外，將傳統EIT效應帶來的寬波段內的窄帶透射峰的開啟與關閉用于實現二值振幅全息也是本項工作的亮點之一，從而驗證了該溫控太赫茲超表面的光學加密性能，完備的展現了器件的可行性。

這種結合相變材料、溫控實現光學加密與解密的太赫茲超表面器件不僅為結合相變材料實現動態功能的太赫茲超表面提供了新思路，也為利用氧化釩材料與EIT效應實現可逆光學加密與解密提供了清晰的理論和設計指導，還為未來光信息安全和成像等領域的研究與應用奠定了基礎。未來有望更改現有算法，擴展加密圖像數量，由此增加信息的存儲容量或引入干擾因素增強信息的安全性，使得該類工作具有更加廣闊的應用前景和可觀的應用價值。

論文共同第一作者為北京理工大學的博士生祝雙琦和軍事科學院助理研究員董博文，通訊作者為北京理工大學黃玲玲教授和天津大學張學遷教授。該工作受到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金聯合基金重點項目等資助。

審核編輯：劉清