一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片制造技术

一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，属于功能性光子芯片技术领域。由衬底层、缓冲层、包覆层、底部波导层和顶部波导层组成，包覆层分为下、中、上包覆层三部分，底部波导位于中包覆层内，顶部波导位于上包覆层内，底部波导和顶部波导在芯片俯视平面内无重叠；波导层材料是将荧光小分子齐聚物生色团掺杂在聚合物材料中得到；本发明专利技术通过对泵浦光功率强度的调制，可实现信号光脉冲编码的功能。通过在光纤系统中光传输损耗变化的检测，判定有无窃听行为。光传输损耗高于阈值即为有窃听，通过底层波导显示虚假信息进行伪装，调制信息通过顶层波导加密传输，从而解决了传统加密技术的难以自由调控以及安全性不足的问题。足的问题。足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片


[0001]本专利技术属于功能性光子芯片
，具体涉及一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片。

技术介绍

[0002]近年来，随着信息技术和互联网技术的快速发展，社会各方面的深度融合，信息安全问题频繁发生，光学信息安全的问题越来越受到关注。光学系统具有以高速并行处理2D复杂数据的固有能力，并且光学加密为推动信息安全领域的发展制定了独特的战略，确保了信息的多维性、复杂性、艺术性和完整性。目前，光加密技术主要依靠单色光致发光模式，但随着科学技术的迅速发展，单色往往很容易被破译，导致其越来越不能满足人们对高安全性和大数据量的需求，极大的限制了光加密技术在信息安全中的应用。相比之下，利用光编码调制技术与传统加密技术相结合所制作的聚合物波导器件，具有发光方式多变、响应时间快、小型化、多用途和集成能力强等不可替代的优势，并且可通过对集成光束的波长、振幅、相位和频率进行调制，将处理数据范围扩展到三维(3D)，为高安全性的光学加密技术铺平了新的道路。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，采用紫外光刻直写工艺进行制备，原理是通过对泵浦光功率强度的调制，实现信号光脉冲编码功能(如图6所示，输入信号光随含有脉冲调制信息的泵浦光的增益放大作用，输出信号光转换的电压信号在时域上表现出含有电压幅度变化的脉冲调制信息)。并通过检测光纤系统中光传输损耗的变化，判断有无窃听行为，光传输损耗高于阈值即存在窃听。器件可通过底部波导传输虚假信息进行伪装，并通过顶部波导加密传输真实调制信息，从而解决了传统加密技术难以自由调控以及安全性不足的问题。
[0004]本专利技术所述的一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，如附图1(a)所示，a、c处截面如附图1(b)所示，b处截面如附图1(c)所示，从下至上分别由衬底层1、缓冲层2、包覆层3、底部波导4和顶部波导6组成，包覆层3分为下、中、上包覆层三部分，底部波导4位于中包覆层内，顶部波导6位于上包覆层内，底部波导4和顶部波导6由包覆层3分隔开且底部波导4和顶部波导6在俯视平面内无重叠；底部波导4和顶部波导6分别由输入端弯曲波导、耦合区波导和输出端弯曲波导组成，底部波导4和顶部波导6的耦合区波导平行设置，底部波导4和顶部波导6的输入端弯曲波导和输出端弯曲波导相向对称设置。
[0005]本专利技术所述的衬底层1材料为磷化铟、砷化镓、硅中的任意一种。
[0006]本专利技术所述的缓冲层2材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)、二氧化硅中的任意一种。
[0007]本专利技术所述的包覆层3材料是SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)、二氧化硅中的任意一
种。在同一器件中，缓冲层2和包覆层3的材料可以相同，也可以不同。
[0008]本专利技术所述的底部波导4材料为将TCBzC荧光小分子齐聚物生色团掺杂在聚合物材料中得到，所述的聚合物材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)中的任意一种，TCBzC荧光小分子齐聚物生色团掺杂的质量分数范围为3～8wt
‰
。
[0009]本专利技术所述的顶部波导6材料为将TCNzC荧光小分子齐聚物生色团掺杂在聚合物材料中得到，所述的聚合物材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)中的任意一种，TCNzC荧光小分子齐聚物生色团的掺杂的质量分数范围为3～8wt
‰
。底部波导4材料和顶部波导6材料的折射率大于缓冲层2和包覆层3的折射率。
[0010]TCBzC和TCNzC的结构式分别如(a)和(b)所示。
[0011][0012][0013]本专利技术所述一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片光加密工作原理如附图2所示。如附图2(a)所示，在初始状态下，信号光I
λ1
从底部波导4的输入端输入，在一定功率的含有调制信息的泵浦光B
λ3
垂直照射下产生脉冲调制增益效应，信号光I
λ1
的光强因在泵浦光B
λ3
光致发光作用下而得到增强，并因泵浦光B
λ3
携带的调制信息出现光强的脉冲变化，由底部波导4的输出端输出与泵浦光B
λ3
同调制信息的输出光信号O
λ1
，作为明态传输路径；信号光I
λ2
从顶部波导6的输入端输入，在同一泵浦光B
λ3
的作用下，由顶部波导6的输出端输出与泵浦光B
λ3
同调制信息且有光强增益放大的输出光信号O
λ2
，作为密态传输路径备用。当明态传输路径有窃听行为发生时，因窃听路径盗取光强的原因，由明态传输路径输出的信号光O
λ1
的光强大幅度减小，如附图2(b)所示，设定窃听的阈值门限为初始状态下输出信号光O
λ1
光强的5％，当光强下降幅度超过阈值门限后，判定窃听行为发生。当窃听行为发生后，如附图2(c)所示，调制信息的载体(经判定有窃听行为，将含有调制信
息的泵浦光B
λ3
更换为含有调制信息的泵浦光B
λ4
，光致发光作用下会使调制信息载体随调制信息出现光强的脉冲变化)由泵浦光B
λ3
手动切换至泵浦光B
λ4
，含调制信息的泵浦光B
λ3
切换至B
λ4
过程中，为让终端接收方判断出明密态传输路径的切换，应保证泵浦光B
λ4
光功率强度高于泵浦光B
λ3
，泵浦光B
λ4
仅对I
λ2
有增益放大作用，对I
λ1
无增益放大作用，此时由明态传输路径输出的信号光O
λ1
将不被增益放大，无脉冲调制作用，将不含调制信息且光强下降，实现防窃听功能。而调制信息将由密态传输路径输出的信号光O
λ2
携带，进而实现光加密功能。
[0014]依据光致发光原理，底部波导4中的TCBzC荧光小分子齐聚物生色团吸收泵浦光B
λ3
，发射出覆盖底部波导4中传输信号光I
λ1
波长的光子，实现对在底部波导4中传输信号光的增益功能，并随着泵浦光功率的逐渐增大，由底部波导4输出的信号光功率强度也会增加。顶部波导6中的TCNzC荧光小分子齐聚物生色团吸收泵浦光B
λ3
或B
λ4
，发射出覆盖顶部波导6中传输信号光I
λ2
波长的光子，实现对在顶部波导6中传输信号光的增益功能，并随着泵浦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，其特征在于：从下至上分别由衬底层(1)、缓冲层(2)、包覆层(3)、底部波导(4)和顶部波导(6)组成，包覆层(3)分为下、中、上包覆层三部分，底部波导(4)位于中包覆层内，顶部波导(6)位于上包覆层内，底部波导(4)和顶部波导(6)由包覆层(3)分隔开且底部波导(4)和顶部波导(6)在波导芯片俯视平面内无重叠；底部波导(4)和顶部波导(6)分别由输入端弯曲波导、耦合区波导和输出端弯曲波导组成，底部波导(4)和顶部波导(6)的耦合区波导平行设置，底部波导(4)和顶部波导(6)的输入端弯曲波导和输出端弯曲波导相向对称设置；底部波导(4)和顶部波导(6)的折射率大于缓冲层(2)和包覆层(3)的折射率。2.如权利要求1所述的一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，其特征在于：衬底层(1)材料为磷化铟、砷化镓、硅中的一种。3.如权利要求1所述的一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，其特征在于：缓冲层(2)材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)、二氧化硅中的一种。4.如权利要求1所述的一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，其特征在于：包覆层(3)材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)、二氧化硅中的一种。5.如权利要求1所述的一种基于光脉冲编码调制技术的双层光加密荧光聚合物波导芯片，其特征在于：底部波导(4)材料为将TCBzC荧光小分子齐聚物生色团掺杂在聚合物材料中得到，所述的聚合物材料为SU
‑
8、PMMA、P(MMA
‑
co
‑
GMA)中的一种，TCBzC荧光小分子齐聚物生色团掺杂的质量分数范围为3～8wt
‰
；其中TCBzC结构式...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长鸣，孙相宜，费腾，王春雪，宋亚萍，岳建，林航，崔安琪，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：