研究背景：

随着全球数据量的指数级增长，信息的安全传输与存储面临严峻挑战。光加密技术以光为载体，具有高速度、多维度和抗电磁干扰等优势，是海量数据存储的有力手段。全息技术能够同时编码振幅和相位信息，为视觉安全和复杂信息处理提供了重要策略。然而，如何构建一个兼具全色荧光可调性与大容量冷数据存储的双功能高鲁棒性平台，仍然是当前光学加密领域的重大挑战。

文章概述：

近日，东北师范大学物理学院集成光电子全国重点实验室付申成课题组与化学学院可持续先进功能材料吉林省重点实验室孙海珠课题组联合报道了一种将碳化聚合物点（CDs）组装至网格化二氧化钛（TiO₂）支架中的超级全息加密策略。该研究利用CDs/TiO2薄膜基于定向界面电荷转移的偏振光谱烧孔效应（SHB）以及多种碳点CDs（R-CDs、G-CDs、B-CDs、D-CDs）的荧光发射特性，构建了集色彩显示、荧光开关和偏振全息于一体的多功能平台。

图文导读：

图1.超级验证解密过程

图2.（a）多孔TiO2的扫描电子显微镜图像（SEM）。（b）D-CDs溶液的差分吸收光谱和PL光谱。在日光和紫外光下激发的实际颜色照片。TiO₂和D-CDs/TiO2的（c） Ti 2p和（d）O 1s的XPS光谱比较。（e）D-CDs/TiO2薄膜在偏振激光写入之前和之后的O 1s的XPS光谱比较。（f）D-CDs/TiO₂纳米复合材料体系中的光能转化示意图

图3.（a）R-CDs、（b）G-CDs和（c）B-CDs的UV-Vis和PL光谱，插图显示了在日光和UV光下激发的相应样品的照片（d）R-、G-和B-CDs的PL光谱的CIE色坐标。（e）R-CDs、（f）G-CDs和（g）B-CDs的TEM图像，上面的插图是单个颗粒的HR-TEM图像，下面的插图是相应的颗粒尺寸分布。（h）激光雕刻的TiO₂纳米多孔支架的SEM图像。图案化的微槽和准备全息记录的区域的宏观视图（左）和局部放大（右）。二维码在（i）日光照射和（j）365 nm的UV激发下的颜色

图4.（a）用线偏振光和圆偏振光照射后D-CDs/TiO₂薄膜的差分吸收光谱。（b）在5 mW激光照射下的光致双折射曲线，图中比较了线偏振光和圆偏振光对D-CDs/TiO₂薄膜光致双折射的影响。（c）正交模式下的POM图像。比例尺为100μm。（d）全息直写系统的光学装置、全息图像再现的光学系统的示意图。L是透镜; P是偏振片; W是波片; OL是物镜透镜。（e）使用波长为405 nm、532 nm和721 nm的p偏振激光在D-CDs/TiO²薄膜中进行数字全息图的夫琅和费衍射。（f）p-、45°-和s-偏振态的绿色激光束（532 nm）重构的衍射图像

图5.（a）解密过程示意图。（b）偏振密钥的实验演示。此3×6矩阵显示了在三种不同读出偏振（行）下特定坐标（列）处的全息重建。只有当读出光的偏振与其颜色通道的预编程模式相匹配时，才能重建清晰的图像

图6.（a）D-CDs的热重曲线。（b）D-CDs/TiO₂薄膜中二值化全息图正交模式下的POM图像和偏振全息重建结果（p-、45°-和s-偏振态）。（c）分别在自然光、紫外激发1 min、紫外激发20 min环境下的多色荧光图案照片

结论：

本团队成功开发了一种集多色荧光发射、界面荧光调制和波长/偏振敏感碳点全息图于一体的超级光学加密平台。通过将碳点精确装载到网格化TiO₂支架上，利用界面电荷转移效应实现D-CDs选择性荧光猝灭，同时保障了R-CDs、G-CDs和B-CDs的高效荧光发射，从而构建了一个空间分辨的混合信息存储系统。进一步地，通过引入颜色密钥—坐标密钥—偏振/波长密钥—逻辑密钥等多重验证机制，实现了信息的逐级解密与真实性校验，显著提升了系统的抗破解能力。此外，该平台具有优异的热稳定性和光学稳定性，为下一代高安全性光学防伪、信息加密和数据保护提供了一种新的设计思路与技术路径。

论文信息：

Super-Encryption of Full-Color Fluorescent Hologram in Carbon Dot Assemblies

Shuo Zhang, Xin Ji, Haizhu Sun, Jingying Miao, Xiuping Qi, Zhihao Zhang, Shencheng Fu*, Xintong Zhang, and Yichun Liu

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202503821

原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202503821

期刊简介：

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。