哈工大（深圳）宣（范宇斌 文/图）校区材料科学与工程学院肖淑敏教授团队和理学院宋清海教授团队（以下称“研究团队”）合作，在信息安全领域与光开关领域取得两项重大突破——超构表面加密显示技术和纳米线激光模式转换机制。近日，相关研究成果以研究论文的形式在“Nature”旗下综合类子刊“Nature Communications”（影响因子：12.353）上发表。

第一篇研究论文《通过非线性超表面谐振增强钙钛矿三光子荧光实现光学加密》(“Resonance-enhanced Three-photon Luminesce via Lead Halide Perovskite Metasurfaces for Optical Encoding”)致力于解决信息安全加密问题，通过钙钛矿的非线性光学性能设计超构表面，实现了光学加密。

该研究为非线性光学在显示和加密领域的首次应用，校区为第一完成单位和通讯单位，材料科学与工程学院2017级博士生范宇斌、2017级硕士生王宇涵为共同第一作者，肖淑敏、宋清海和新加坡国立大学教授仇成伟为共同通讯作者。

随着信息技术的不断发展，信息安全加密问题日益突出，信息加密技术和加密手段的研究与开发受到全社会的关注。基于钙钛矿优异的非线性特性，研究团队创造地将非线性光学应用在显示技术和加密技术上，使得利用近红外波段不可见光进行可见光波段的显示和加密成为可能。研究团队设计了具有特定谐振波长的光栅式超构表面，增强钙钛矿三光子上转换发光(three-photon luminescence, TPL)过程，只有当特定波长的光照射在表面，才会显示出隐藏的图案（图 1）。如此一来，重要信息在传输过程中和存储体内将得到有效保护。该研究拓展了钙钛矿超构表面在高分辨率非线性彩色纳米印刷和光学编码领域中的应用。

第二篇研究论文《全光调控钙钛矿激光》(“All-optical control of lead halide perovskite microlasers”)通过研究模态之间非线性相互作用，首次实现光开关性能，为光存储、超快光转换器等全光片上集成芯片提供了全新的器件设计方案。

该研究通过全光调制实现不同激光模式之间的转换，并首次提出将其应用在全光通讯的光开关中，校区为第一完成单位和通讯单位，电子与信息工程学院2015级博士生张楠、材料科学与工程学院2017级博士生范宇斌和电子与信息工程学院2014级博士生王开阳为共同第一作者，肖淑敏、宋清海和纽约城市大学教授Ge Li为共同通讯作者。

研究团队利用交叉增益饱和效应实现超快模式开关，实现了钙钛矿激光不同模式转换的全光动态调控，并将其应用在片上光子集成电路所必须的光开关上。当外部光激励增强时，钙钛矿激光器的激光模式会发生明显可逆的模式转换且不需要非常复杂的光学结构设计。这一动态转换可以提供低于70 ps（高于14 GHz）的超快开关性能（图2），使得钙钛矿激光器应用扩展到之前无法涉足的光存储、超快光转换器等领域，相关全光片集成芯片将有全新的器件设计方案。（编辑 吴锐婵）

论文链接：

第一篇链接https://doi.org/10.1038/s41467-019-09876-6
       第二篇链接https://doi.org/10.1038/s41467-019-10090-7

图 1 非线性彩色纳米印刷和光学编码超构表面

图 2 激光模式转换和光开关性能

团队合影（1排右6为肖淑敏教授，2排右6为宋清海教授）