面向多通道加密光通信应用的硅基Se0.25Te0.75薄膜光电二极管阵列
大数据时代信息量的爆炸性增长对通信系统的数据吞吐量和可靠性提出了前所未有的挑战。光通信系统凭借其在长距离、高速、大容量数据传输中的显著优势，成为满足现代通信需求的理想选择。然而，开放的光无线通信环境中，数据传输面临严重的窃听风险。攻击者可能通过扩散效应、散射、或利用非视距通道设置衍射镜来窃取信号，甚至通过捕捉散射光来进行信息窃取，因此信息加密尤为重要。
传统的加密模块主要以软件算法为基础，逐渐被先进的计算机系统或人工智能所威胁，以光电探测器作为光信号接收器的物理加密备受关注。现有的加密策略中，单一的窄带或宽带探测器只能实现“0-1”信号或“OR”门信号的传输，加密等级较低。近年来，随着双极响应机制的发现和电可调谐双带探测器的开发，推动了双光路安全通信系统的发展。该技术通过利用不同波长的光分别携带目标信号和干扰信号，并通过偏置电压实现对双波段光电探测器的通道切换和解码，从而提升了加密等级。然而，这一技术仅限于两个固定通道，且在大规模通信和高吞吐量数据传输中，仍面临较大的扩展性挑战。
电子滚球体育 大学王军教授、于贺副教授等提出了一种基于偏压选择性配置的多通道光信号传输、加密和接收一体化加密技术。我们首次采用磁控溅射技术实现了Se0.25Te0.75薄膜的晶圆级生长，并设计和研制了基于该薄膜的硅基异质结近红外光电探测器单元及16×16阵列器件。该光电探测器对不同波长光源的响应可以通过调节偏压进行配置。与现有双极探测器加密方法相比，本策略利用光电流为零时的临界偏压作为密钥，这一临界偏压随着入射波长的变化而动态调整，支持多光束同步入射，从而实现预先标定。偏压与波长之间的独特依赖关系形成了迭代加密效应，显著提升了加密信号的隐蔽性和安全性。
实验结果表明，三通道加密系统显著提升了加密效果：图像熵增为1.3，相关系数为0.069，较双通道加密方案显著增强了加密强度，进一步提升通道数和阵列规模可持续增强加密强度。本研究为光通信领域的加密技术提供了全新的发展思路，并为自动驾驶、物联网等多领域应用提供了巨大的前景。相关成果以”Bias Configurable Se0.25Te0.75/Si Photodiode Array for Multi-Channel Encrypted Communication”为题发表在Advanced Functional Materials期刊。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202425559
