【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及卤化物钙钛矿材料、凝聚态物理、半导体微腔、光谱空间和信号处理领域，尤其是半导体微腔中室温激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚的形成、受激辐射图像的检测、光场强度分布的调控技术等方法。
技术介绍
0、技术背景
1、激子极化激元是由半导体微腔中的激子和光子经过强耦合产生的准粒子。它融合了光子和粒子的特性，形成了一种独特的半光半物质的混合状态。这种准粒子在基础科学领域及新型光电和量子技术中都占有举足轻重的地位。在探索基础物理学时，由于其低的有效质量以及玻色子间的相互作用，激子极化激元被视为研究室温玻色-爱因斯坦凝聚(bec)现象的理想对象。自上世纪50年代hopfield首次提出激子极化激元的概念以来，关于微腔中这一准粒子的研究已取得了显著的进步。1992年，weisbuch及其团队在gaas平面量子阱(qw)微腔中，成功实验证实了空腔激子的存在，这一发现为该领域注入了新的活力。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：针对传统密码装置易于破解，使用为全数字化且安全系数不高的问题，本专利技术提出一种基于激子极化激元的双层光学密码装置，本专利技术旨在通过设计光路，使得样品在特定光场强度分布的飞秒脉冲激光泵浦下产生玻色-爱因斯坦凝聚并发光，并通过光谱仪和电荷耦合传感器解析圆盘型势阱结构的样品中“携带”的密码。
2、本专利技术的技术解决方案是：本专利技术涉及一种基于激子极化激元的双层光学密码装置，如图1所示，其主要部件包括：飞秒脉冲激光器(1)、激光器
3、通过控制空间光调制器(21)上加载的全息图，对样品仓(9)中的样品表面处的泵浦光光场强度分布进行调节，调节后的泵浦光在同一处圆盘型样品内会产生不同模式的激子极化激元凝聚，这些不同的凝聚模式在实空间和光谱空间中表现出一一对应，并且是可重复的。以此设计一种双层密码装置，该双层密码装置第一层为图案层，采集不同激子极化激元凝聚模式的实空间分布图像，设定图像中的花瓣分布的具有特定特征的图案为第一层密码；第二层为光谱空间层，采集不同激子极化激元凝聚模式的光谱空间荧光信号，设定最强发射峰的中心波长为第二层密码，由此组成一种双层密码装置进而实现光学密码功能。
4、本专利技术的原理是：
5、(1)激子极化激元bec的产生
6、玻色—爱因斯坦凝聚(bec)的概念最早由爱因斯坦基于玻色的一个先期工作发展并提出，指出无限多的玻色子可以聚集在系统的最低能态。在维度大于二的无相互作用的玻色子体系中，一定温度下，当玻色子的密度达到一个临界密度(ncrit)时，所有态都被填满，继续加入系统的玻色子将全部聚集在系统的基态，形成bec。或者，在一定的粒子密度下，当温度降低到一个临界温度(tcrit)时，体系的态数减少至饱和，继续降温后多余的粒子形成bec。bec是一种由同态微观粒子构成的宏观相干态，可以看做是大量粒子构成的物质波。ncrit和tcrit分别随玻色子质量的增加而增加和降低，即在质量越小的玻色子体系中，越容易实现bec。1995年，cornell，wieman和ketterle通过将稀薄原子蒸汽冷却至约100nk的温度，首次实验观测到bec现象，并获得2001年诺贝尔物理学奖。激子具有比原子小得多的有效质量，理论上讲可以在更高的温度下甚至室温实现bec。然而激子是耗散系统，被激发的亮激子还来不及冷却到晶格的温度就已湮灭并辐射光子，无法达到热平衡，而暗激子则因为不发光而难于探测，激子bec最终在间接激子体系中得以实现。微腔激子极化激元具有比激子小得多的有效质量，因而有可能在更高的温度下实现bec。
7、(2)基于下支激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚
8、激子极化激元是由激子场和光子场相互耦合而形成的准粒子，由于激子-光子的耦合问题是二次型的，所以可以解析得出对角化激子极化激元的hamilton量h为：
9、
10、其中，为约化普朗克常量，k表示波矢，ωx(k)和ωc(k)分别表示激子场和光子场的色散，而激子与光子间的耦合就可以用矩阵中的元素ωr描述，称之为rabi劈裂。
11、这个矩阵的本征值由下述方程给出，即：
12、
13、显然从上式，我们可以得到激子极化激元的两支色散关系，即：
14、
15、上式中的ωup(k)和ωlp(k)分别表示激子极化激元的上支和下支两支色散关系，激子极化激元的bose-einstein凝聚就是指下支激子极化激元的凝聚，激子极化激元的涡旋叠加态也是由下支激子极化激元形成的。
16、(3)基于空间光调制器的涡旋光制备
17、空间光调制器(spatial light modulator,slm)可以对入射光束的相位、振幅、偏振态进行改变，是一种光学调制器件。其原理是首先利用计算机模拟出目标光束的全息图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于室温极化激元凝聚的双层光学密码装置及方法，包括：飞秒脉冲激光器(1)、激光器及空间光调制器控制电脑(2)、光学参量放大器(3)、平面反射镜1(4)、平面反射镜2(5)、平面反射镜3(6)、分束镜1(7)、消色差平凸透镜1(8)、样品仓(9)、显微物镜(10)、分束镜2(11)、消色差平凸透镜2(12)、方型光阑(13)、消色差平凸透镜3(14)、电荷耦合传感器(15)、图像采集处理终端(16)、消色差平凸透镜4(17)、光谱仪(18)、分束镜3(19)、白光光源(20)、空间光调制器(21)；首先，使用白光光源(20)产生照明白光，照明光经由分束镜1(7)、消色差平凸透镜1(8)、分束镜2(11)以及显微物镜(10)后照射到样品仓(9)的样品表面，并将样品仓(9)中的样品调整至电荷耦合传感器(15)的视野中，随后打开飞秒脉冲激光器(1)和光学参量放大器(3)，并通过激光器及空间光调制器控制电脑(2)控制激光器生成飞秒脉冲激光，并将飞秒脉冲激光调制到合适波长后经由平面反射镜1(4)、平面反射镜2(5)后照射到空间光调制器(21)的液晶显示屏上，此时通过激光器及空间光调制
2.根据权利要求1所述的双层光学密码装置，其特征在于泵浦光源为飞秒脉冲光，选取的波长对应能量高于样品仓中样品的激子能量，泵浦光的光斑直径约为40μm。
3.根据权利要求1或2所述的双层光学密码装置，其特征在于样品仓中的样品为CsPbBr3材料，并通过正光刻胶刻蚀有直径为6μm的圆盘形区域。
4.一种基于室温激子极化激元凝聚的双层光学密码装置的实现方法，其特征在于：通过控制空间光调制器(21)上加载的全息图，对样品仓(9)中的样品表面处的泵浦光光场强度分布进行调节，调节后的泵浦光在同一处圆盘型样品内会产生不同模式的激子极化激元凝聚，这些不同的凝聚模式在实空间和光谱空间中表现出一一对应，并且是可重复的。该双层密码装置第一层为图案层，采集不同激子极化激元凝聚模式的实空间分布图像，设定图像中的花瓣分布的具有特定特征的图案为第一层密码；第二层为光谱空间层，采集不同激子极化激元凝聚模式的光谱空间荧光信号，设定最强发射峰的中心波长为第二层密码，由此组成一种双层密码装置进而实现光学密码功能。
...【技术特征摘要】
1.一种基于室温极化激元凝聚的双层光学密码装置及方法，包括：飞秒脉冲激光器(1)、激光器及空间光调制器控制电脑(2)、光学参量放大器(3)、平面反射镜1(4)、平面反射镜2(5)、平面反射镜3(6)、分束镜1(7)、消色差平凸透镜1(8)、样品仓(9)、显微物镜(10)、分束镜2(11)、消色差平凸透镜2(12)、方型光阑(13)、消色差平凸透镜3(14)、电荷耦合传感器(15)、图像采集处理终端(16)、消色差平凸透镜4(17)、光谱仪(18)、分束镜3(19)、白光光源(20)、空间光调制器(21)；首先，使用白光光源(20)产生照明白光，照明光经由分束镜1(7)、消色差平凸透镜1(8)、分束镜2(11)以及显微物镜(10)后照射到样品仓(9)的样品表面，并将样品仓(9)中的样品调整至电荷耦合传感器(15)的视野中，随后打开飞秒脉冲激光器(1)和光学参量放大器(3)，并通过激光器及空间光调制器控制电脑(2)控制激光器生成飞秒脉冲激光，并将飞秒脉冲激光调制到合适波长后经由平面反射镜1(4)、平面反射镜2(5)后照射到空间光调制器(21)的液晶显示屏上，此时通过激光器及空间光调制器控制电脑(2)在空间光调制器(21)上加载一系列不同的全息图，并通过软件控制后，可以对通过空间光调制器(21)后的衍射光斑的光强分布进行调控；调制后的飞秒脉冲激光经过反射镜3(6)、分束镜1(7)、消色差平凸透镜1(8)、分束镜2(11)以及显微物镜(10)后照射到样品仓(9)的样品表面，在样品表面激发样品产生特定图案的荧光发光；荧光图样先通过由消色差平凸透镜2(12)和消色差平凸透镜3(14)组成的4f系统，并被...
【专利技术属性】
技术研发人员：任元，熊振宇，蔡远文，吴昊，李柏力，董逸凡，刘沛城，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事航天部队航天工程大学，
类型：发明
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