导读

你有没有想过，未来的信息加密可能不再依赖复杂的密码，而是直接“锁”在探测器里？

在隐秘的信息攻防战场上，光学加密技术以其超高速度和海量数据并行处理的能力，展现出巨大的潜力。但传统光学加密方案有个致命漏洞：虽然加密过程很精密与复杂，接收端却常常“门户大开”——只要用一个通用探测器，黑客就能轻易截获加密信息。

近期，澳门大学刘宏超教授课题组、王双鹏教授团队联合香港大学张霜教授等多家科研单位，成功研制出一种光学可编程的双波段钙钛矿单像素探测器，实现了“探测器即密钥”的革命性理念，把解密密钥“固化”在探测器硬件之中，从根本上杜绝了后端窃听，为高安全性光学加密开启了全新维度。

该工作以“Optically programmable dual-band perovskite single-pixel detector for color image encryption”为题，发表在国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》。

研究背景

传统的光学加密系统依赖CCD或CMOS等商用阵列探测器进行记录和观察，这意味着窃听者也可以利用这些“通用”探测器轻易获得加密信息。这就好比你家装了高级防盗门，锁芯看起来很牢固——但钥匙谁都能复制。

作为一种新型的光学加密方案，尽管单像素成像技术能将物体的空间信息加密为一维数字信号，但传统的单像素探测器缺乏波长分辨能力，无法应对更高级别的彩色图像加密挑战。因此，研发一种既能识别颜色、又具备硬件级安全特性的新型探测器，成为推动光学加密发展的关键。

创新研究

研究团队成功设计并制备了一种光学可编程的双波段钙钛矿单像素探测器（PMH-SPD），它不只是一个接收彩色信号的装置，更是一个“智能密钥”。该探测器深度集成了解密与成像过程，可在复杂干扰下成功解密隐藏信息，并有效防止传统相机以及商用硅探测器（Si-SPD）的窃听（如图1所示）。

图1. 基于PMH-SPD的彩色图像加密系统。

| “光控光”特性，用蓝光“激活”红光响应

该PMH-SPD探测器由MAPbBr₃-MAPbBr_3-xI_x钙钛矿微米线异质结组成，其独特的光学可编程性在于短波长蓝光能够显著调制并增强探测器对长波长红光的响应度。如图2所示，在蓝光（450 nm）照射下，探测器对红光（650 nm）的响应被有效“激活”，这种“光控光”的特性，让它像一把智能锁，只有特定光信号才能“唤醒”其解密功能。

图2. PMH-SPD的光电特性。

| 两种成像模式，结果大不同

如图3所示，该PMH-SPD探测器在单像素成像模式下，蓝光全局调控红光响应，隐藏信息得以显现；而在点扫描模式下，红光信息无法被提取。这种差异，正是解密的关键！而对于商用硅探测器（Si-SPD），两种成像模式输出一致，因此无法识别隐藏的信息。

图3. PMH-SPD与Si-SPD单像素成像与点扫描成像结果对比。

| 干扰再强，也能“锁”中取图

如图4所示，研究人员构建了一套彩色图像加密系统，将隐藏信息“3025”加密在一幅红蓝双色图像中。即使在强散射、颜色干扰、亮度不均的极端环境下，只有使用PMH-SPD探测器，才能成功还原隐藏信息。而即便窃听者使用商用硅探测器，甚至加装光学滤波器，也完全无法从干扰信号中提取有效内容。这充分证明了“硬件密钥”的唯一性与可靠性。

图4. PMH-SPD与Si-SPD解密结果对比。

总结展望

这项研究将光学加密的安全层级从“算法层面”提升至“硬件层面”，真正实现了“探测器即密钥”的理念。未来，通过调整钙钛矿材料的成分，可以定制不同波段的“光钥”，进一步提升安全性。这不仅为下一代光学加密技术打下基础，也推动了智能光电器件在安全通信、图像感知等领域的应用。（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-02126-z