【技術實現步驟摘要】
本專利技術主要涉及鹵化物鈣鈦礦材料、凝聚態物理、半導體微腔、光譜空間和信號處理領域，尤其是半導體微腔中室溫激子極化激元玻色-愛因斯坦凝聚的形成、受激輻射圖像的檢測、光場強度分布的調控技術等方法。
技術介紹
0、技術背景
1、激子極化激元是由半導體微腔中的激子和光子經過強耦合產生的準粒子。它融合了光子和粒子的特性，形成了一種獨特的半光半物質的混合狀態。這種準粒子在基礎科學領域及新型光電和量子技術中都占有舉足輕重的地位。在探索基礎物理學時，由于其低的有效質量以及玻色子間的相互作用，激子極化激元被視為研究室溫玻色-愛因斯坦凝聚(bec)現象的理想對象。自上世紀50年代hopfield首次提出激子極化激元的概念以來，關于微腔中這一準粒子的研究已取得了顯著的進步。1992年，weisbuch及其團隊在gaas平面量子阱(qw)微腔中，成功實驗證實了空腔激子的存在，這一發現為該領域注入了新的活力。
技術實現思路
1、本專利技術的技術解決問題是：針對傳統密碼裝置易于破解，使用為全數字化且安全系數不高的問題，本專利技術提出一種基于激子極化激元的雙層光學密碼裝置，本專利技術旨在通過設計光路，使得樣品在特定光場強度分布的飛秒脈沖激光泵浦下產生玻色-愛因斯坦凝聚并發光，并通過光譜儀和電荷耦合傳感器解析圓盤型勢阱結構的樣品中“攜帶”的密碼。
2、本專利技術的技術解決方案是：本專利技術涉及一種基于激子極化激元的雙層光學密碼裝置，如圖1所示，其主要部件包括：飛秒脈沖激光器(1)、激光器
3、通過控制空間光調制器(21)上加載的全息圖，對樣品倉(9)中的樣品表面處的泵浦光光場強度分布進行調節，調節后的泵浦光在同一處圓盤型樣品內會產生不同模式的激子極化激元凝聚，這些不同的凝聚模式在實空間和光譜空間中表現出一一對應，并且是可重復的。以此設計一種雙層密碼裝置，該雙層密碼裝置第一層為圖案層，采集不同激子極化激元凝聚模式的實空間分布圖像，設定圖像中的花瓣分布的具有特定特征的圖案為第一層密碼；第二層為光譜空間層，采集不同激子極化激元凝聚模式的光譜空間熒光信號，設定最強發射峰的中心波長為第二層密碼，由此組成一種雙層密碼裝置進而實現光學密碼功能。
4、本專利技術的原理是：
5、(1)激子極化激元bec的產生
6、玻色—愛因斯坦凝聚(bec)的概念最早由愛因斯坦基于玻色的一個先期工作發展并提出，指出無限多的玻色子可以聚集在系統的最低能態。在維度大于二的無相互作用的玻色子體系中，一定溫度下，當玻色子的密度達到一個臨界密度(ncrit)時，所有態都被填滿，繼續加入系統的玻色子將全部聚集在系統的基態，形成bec。或者，在一定的粒子密度下，當溫度降低到一個臨界溫度(tcrit)時，體系的態數減少至飽和，繼續降溫后多余的粒子形成bec。bec是一種由同態微觀粒子構成的宏觀相干態，可以看做是大量粒子構成的物質波。ncrit和tcrit分別隨玻色子質量的增加而增加和降低，即在質量越小的玻色子體系中，越容易實現bec。1995年，cornell，wieman和ketterle通過將稀薄原子蒸汽冷卻至約100nk的溫度，首次實驗觀測到bec現象，并獲得2001年諾貝爾物理學獎。激子具有比原子小得多的有效質量，理論上講可以在更高的溫度下甚至室溫實現bec。然而激子是耗散系統，被激發的亮激子還來不及冷卻到晶格的溫度就已湮滅并輻射光子，無法達到熱平衡，而暗激子則因為不發光而難于探測，激子bec最終在間接激子體系中得以實現。微腔激子極化激元具有比激子小得多的有效質量，因而有可能在更高的溫度下實現bec。
7、(2)基于下支激子極化激元的玻色-愛因斯坦凝聚
8、激子極化激元是由激子場和光子場相互耦合而形成的準粒子，由于激子-光子的耦合問題是二次型的，所以可以解析得出對角化激子極化激元的hamilton量h為：
9、
10、其中，為約化普朗克常量，k表示波矢，ωx(k)和ωc(k)分別表示激子場和光子場的色散，而激子與光子間的耦合就可以用矩陣中的元素ωr描述，稱之為rabi劈裂。
11、這個矩陣的本征值由下述方程給出，即：
12、
13、顯然從上式，我們可以得到激子極化激元的兩支色散關系，即：
14、
15、上式中的ωup(k)和ωlp(k)分別表示激子極化激元的上支和下支兩支色散關系，激子極化激元的bose-einstein凝聚就是指下支激子極化激元的凝聚，激子極化激元的渦旋疊加態也是由下支激子極化激元形成的。
16、(3)基于空間光調制器的渦旋光制備
17、空間光調制器(spatial?light?modulator,slm)可以對入射光束的相位、振幅、偏振態進行改變，是一種光學調制器件。其原理是首先利用計算機模擬出目標光束的全息圖本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于室溫極化激元凝聚的雙層光學密碼裝置及方法，包括：飛秒脈沖激光器(1)、激光器及空間光調制器控制電腦(2)、光學參量放大器(3)、平面反射鏡1(4)、平面反射鏡2(5)、平面反射鏡3(6)、分束鏡1(7)、消色差平凸透鏡1(8)、樣品倉(9)、顯微物鏡(10)、分束鏡2(11)、消色差平凸透鏡2(12)、方型光闌(13)、消色差平凸透鏡3(14)、電荷耦合傳感器(15)、圖像采集處理終端(16)、消色差平凸透鏡4(17)、光譜儀(18)、分束鏡3(19)、白光光源(20)、空間光調制器(21)；首先，使用白光光源(20)產生照明白光，照明光經由分束鏡1(7)、消色差平凸透鏡1(8)、分束鏡2(11)以及顯微物鏡(10)后照射到樣品倉(9)的樣品表面，并將樣品倉(9)中的樣品調整至電荷耦合傳感器(15)的視野中，隨后打開飛秒脈沖激光器(1)和光學參量放大器(3)，并通過激光器及空間光調制器控制電腦(2)控制激光器生成飛秒脈沖激光，并將飛秒脈沖激光調制到合適波長后經由平面反射鏡1(4)、平面反射鏡2(5)后照射到空間光調制器(21)的液晶顯示屏上，此時通過激光器及空間光調制
2.根據權利要求1所述的雙層光學密碼裝置，其特征在于泵浦光源為飛秒脈沖光，選取的波長對應能量高于樣品倉中樣品的激子能量，泵浦光的光斑直徑約為40μm。
3.根據權利要求1或2所述的雙層光學密碼裝置，其特征在于樣品倉中的樣品為CsPbBr3材料，并通過正光刻膠刻蝕有直徑為6μm的圓盤形區域。
4.一種基于室溫激子極化激元凝聚的雙層光學密碼裝置的實現方法，其特征在于：通過控制空間光調制器(21)上加載的全息圖，對樣品倉(9)中的樣品表面處的泵浦光光場強度分布進行調節，調節后的泵浦光在同一處圓盤型樣品內會產生不同模式的激子極化激元凝聚，這些不同的凝聚模式在實空間和光譜空間中表現出一一對應，并且是可重復的。該雙層密碼裝置第一層為圖案層，采集不同激子極化激元凝聚模式的實空間分布圖像，設定圖像中的花瓣分布的具有特定特征的圖案為第一層密碼；第二層為光譜空間層，采集不同激子極化激元凝聚模式的光譜空間熒光信號，設定最強發射峰的中心波長為第二層密碼，由此組成一種雙層密碼裝置進而實現光學密碼功能。
...【技術特征摘要】
1.一種基于室溫極化激元凝聚的雙層光學密碼裝置及方法，包括：飛秒脈沖激光器(1)、激光器及空間光調制器控制電腦(2)、光學參量放大器(3)、平面反射鏡1(4)、平面反射鏡2(5)、平面反射鏡3(6)、分束鏡1(7)、消色差平凸透鏡1(8)、樣品倉(9)、顯微物鏡(10)、分束鏡2(11)、消色差平凸透鏡2(12)、方型光闌(13)、消色差平凸透鏡3(14)、電荷耦合傳感器(15)、圖像采集處理終端(16)、消色差平凸透鏡4(17)、光譜儀(18)、分束鏡3(19)、白光光源(20)、空間光調制器(21)；首先，使用白光光源(20)產生照明白光，照明光經由分束鏡1(7)、消色差平凸透鏡1(8)、分束鏡2(11)以及顯微物鏡(10)后照射到樣品倉(9)的樣品表面，并將樣品倉(9)中的樣品調整至電荷耦合傳感器(15)的視野中，隨后打開飛秒脈沖激光器(1)和光學參量放大器(3)，并通過激光器及空間光調制器控制電腦(2)控制激光器生成飛秒脈沖激光，并將飛秒脈沖激光調制到合適波長后經由平面反射鏡1(4)、平面反射鏡2(5)后照射到空間光調制器(21)的液晶顯示屏上，此時通過激光器及空間光調制器控制電腦(2)在空間光調制器(21)上加載一系列不同的全息圖，并通過軟件控制后，可以對通過空間光調制器(21)后的衍射光斑的光強分布進行調控；調制后的飛秒脈沖激光經過反射鏡3(6)、分束鏡1(7)、消色差平凸透鏡1(8)、分束鏡2(11)以及顯微物鏡(10)后照射到樣品倉(9)的樣品表面，在樣品表面激發樣品產生特定圖案的熒光發光；熒光圖樣先通過由消色差平凸透鏡2(12)和消色差平凸透鏡3(14)組成的4f系統，并被...
【專利技術屬性】
技術研發人員：任元，熊振宇，蔡遠文，吳昊，李柏力，董逸凡，劉沛城，
申請(專利權)人：中國人民解放軍軍事航天部隊航天工程大學，
類型：發明
國別省市：
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