一种随机激光模式的信息加密方法

本发明涉及一种随机激光模式的加密方法，属于光电。

背景技术：

1、信息技术的快速发展极大地推动着人类社会和文明的发展。在保障信息技术发展的前提下，如何有效保障信息安全成为我们面临的巨大挑战，推动人们不断探究新的加密方法。其中，基于发光单元进行空间图形化实现的光谱加密方法为加密提供了更多维度，在信息安全领域得到了广泛应用。随机激光器具有独特的光谱特征，为推进该领域的发展提供了新机遇。随机激光器是通过光子在无序散射介质中的多重散射实现的，光子被局域在增益介质中不断被放大，最终产生受激辐射光放大。随机激光的光谱特征强烈地依赖于随机分布的散射体，随机分布的散射结构难以复制，因此无法克隆其编码光谱信号，这是安全通信的一个关键要素。此外，为随机激光提供反馈的散射结构可嵌入任意溶液并作为安全“墨水”；且随机激光器不需要精确的设计和复杂的制造过程，加密成本低。

2、研究表明，通过操纵随机激光模式间相互作用过程可以改变其相位关系，不同的随机激光相干模式通过锁模隐藏在静态的非相干模式中。这种锁模随机激光器中复杂的隐藏光谱不仅会大幅度地增加其加密自由度，提高信息安全强度，同时能充分发挥其随机结构相关光谱不可复制的优势。然而，随机激光器独特的光放大机制赋予其内在随机性，无序增益介质中的随机散射增强导致其振荡模式不确定。目前基于随机激光的防伪方法都是基于阈值特性实现的，由无序结构形成的复杂光谱特性尚未得到充分的开发和应用，限制了随机激光器在信息安全领域的应用。

技术实现思路

1、本发明基于随机激光隐藏模式的提取，提出了一种光谱信息加密方法。该方法通过与外部回音壁谐振腔耦合，打破随机激光的相位关联，从而选择出满足回音壁谐振腔共振条件的随机激光模式。回音壁光学谐振腔所“提取”的随机激光模式由随机反馈、回音壁共振和两个谐振腔接触界面的波矢量匹配三者共同确定。该随机激光模式具有固定的波长和偏振态，随后将该模式的光谱用于安全信息的编码和隐写。

2、本发明中基于回音壁腔提取的随机激光模式的信息加密方法如下：

3、1)将散射颗粒加入增益材料的分散液中混合均匀。将混合后的溶液与聚合物胶液均匀混合，得到随机激光胶体。利用喷墨打印技术将混合均匀的随机激光胶体打印在基板上，并将旋涂后的样品置于加热板上固化，形成随机激光器图案阵列。

4、2)将回音壁微腔分别耦合到每个随机激光器薄片上，如图1所示，在光泵浦下记录回音壁腔提取的随机激光模式光谱、偏振态。

5、3)将带有特征波长和偏振态的随机激光模式对安全数据进行编码，在激光模式与信息单元之间建立编码关系。按照morse code规则对激光序列进行再加密，并发送给接收者。

6、4)解密过程则借助特有的回音壁谐振腔测量数据发射光谱，从单峰随机激光光谱中提取出携带激光模式特征的信息，并按照加密算法转换为数字数据，获得安全数据。

7、所述散射颗粒为银纳米颗粒、二氧化钛颗粒、银纳米线等，为随机激光提供散射反馈。所述的增益材料为激光染料、量子点等，为激光的形成提供增益。所述的回音壁腔为微球、微盘、圆柱等结构，为随机激光模式提取提供限制条件。

8、本发明的优势特点：

9、1)随机模式提取的操作简单，微腔耦合的结构简单、成本低、体积小，此发明适用于微型器件的开发与应用。

10、2)本发明中提取的随机激光模式特征可由外部耦合的微腔调控。变形的回音壁腔可实现不同波长、偏振、相位分布的随机激光，如矢量涡旋随机激光模式，进一步通过多维信息提升信息加密维度。

11、3)本发明可简单概括为双重加、解密算法，不但可以对数据信息进行隐藏(隐写术)，也可对数据进行加密(密码学)处理，而由于解密条件(回音壁微腔)的唯一性，又极大的提升了数据传输的安全性。

技术特征：

1.一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于，包含以下几个步骤：

2.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述增益材料为激光染料、量子点、钙钛矿发光物质；所述散射材料为二氧化钛、金银纳米颗粒、银纳米线。

3.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：增益材料和散射材料混合的悬浊胶液构成随机激光胶液，利用喷墨打印方法将随机激光胶液打印成随机激光薄片阵列，阵列中每个元素作为信息加密的一个维度。

4.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：回音壁腔与随机激光薄片耦合，用于选择和提取具有特征波长和偏振态的随机激光模式。

5.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述回音壁微腔为直径为微球、微盘、圆柱；微腔直径可调，通过调控回音壁腔的形状和直径调控所提取的随机激光模式参数。

6.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述回音壁腔与随机激光器耦合条件调控所提取的随机激光模式参数，通过控制适当的耦合间距，改变波矢匹配条件，调控随机激光的模式。

7.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：通过改变随机激光薄片中散射颗粒的浓度或增益介质的浓度，调控所提取的随机激光模式参数。

8.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述随机激光模式的信息加密方法，通过建立数字、字符与随机激光模式的波长或偏振态之间的对应关系实现；将数字按照morse code规则进行编码。

9.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述随机激光模式的信息加密方法涉及随机激光基片图案阵列分布、回音壁微腔参数、编码规则这三个维度的加密信息。

10.根据权利要求1所述的一种随机激光模式的信息加密方法，其特征在于：所述随机激光模式的信息加密方法所对应的解密过程，需要同时具备微腔参数、编码规则、随机激光基底阵列图案分布这三项参数，即多维度解密。

技术总结
本发明公开了一种基于随机激光模式的信息加密方法。该方法通过与外部回音壁谐振腔耦合，基于光学谐振腔的耦合作用，打破随机激光的相位关联，从而选择出满足回音壁谐振腔共振条件的随机激光隐藏模式。所“选择”的随机激光模式由随机反馈、回音壁共振和两个谐振腔接触界面的波矢量匹配三者共同确定。将回音壁腔所提取随机激光模式的波长和偏振态参数用于安全信息的加密，这种集隐写与编码于一体的信息加密方法提升了数据传输的安全性。

技术研发人员：史晓玉,翟天瑞,宋婉婷,申凯悦
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5