光学硬件加密作为新兴的信息安全技术，凭借光的相干性、衍射特性和多维编码能力，在信息存储密度、抗电子窃听等方面展现出传统数字加密无法比拟的优势，成为光信息安全领域的研究热点。全息光学加密器件依托光子材料与纳米制造技术的发展实现了多维、并行、大容量的数据保护，但目前这类器件仍面临环境稳定性、大规模制备与高等级安全性提升的多重挑战。将具有经典抗干扰特性的摩尔斯密码与先进全息光电子技术结合，为构建新型高安全光学加密体系提供了全新思路。
近日，上海理工大学庄松林院士、郑继红教授团队提出了一种基于聚合物分散液晶光子晶体（PDLC-PC）的全息密钥技术，通过摩尔斯码矩阵构建加密信息序列，实现了机密信息的动态隐藏与安全解密，相关研究成果以“Secret hologram key with angular multiplexing based on PDLC photonic crystals using Morse code matrices”为题发表在《Photonics Research》2026年第14卷第4 期（DOI：10.1364/PRJ.577406），文章第一作者为上海理工大学光电信息与计算机工程学院博士后申桐，通讯作者为郑继红教授，陈芳芳博士对本工作亦有突出贡献。
该研究的核心是构建基于PDLC光子晶体的多通道全息干涉加密体系，实现摩尔斯密码与全息衍射信息的精准映射，其关键原理在于多通道光场的干涉记录与角度依赖的衍射重构。团队设计了五通道空间干涉系统，其中一束为无信息参考光，其余四束光通道分别加载数字信息，通过多束光的相干叠加在 PDLC 材料中形成了存有复杂加密信息的全息密钥，光场复振幅的叠加与强度分布决定了该全息密钥的三维光子晶体结构（如图1所示）。
图1基于PDLC 光子晶体的全息密钥示意图
在全息密钥的重构过程中，团队发现重构光束的入射角度（相位）和振幅会直接影响衍射场的复振幅分布，不同衍射级次可形成动态数字矩阵，而数字振幅与其共轭振幅在灰度图像中呈现的明暗反转特性，可与摩尔斯码的“点”“划” 形成精准映射——将振幅
定义为摩尔斯码的点（・），共轭振幅
定义为划（-），实现了二进制脉冲序列到摩尔斯密码的转化，进而构建出摩尔斯密码矩阵。在此基础上，团队确立了“选择相位—选择振幅—地址寻址” 三步解密规则，通过密文提供的重构光束入射角度、振幅类型、矩阵寻址位置三大线索，可从摩尔斯密码矩阵中精准解码出对应字母，最终组合为明文信息，这一过程让全息密钥的解密具备了高度的专属性与复杂性（如图2所示）。
图2从摩尔斯电码矩阵到字母矩阵的解码过程
为实现全息密钥的实验制备，团队筛选了最优的PDLC光敏材料配方，以35.3%聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）、17.6%环氧树脂（EP828）、33.8%向列相液晶（TEB50）为核心，搭配交联单体、光引发剂与助引发剂制备了光敏复合体系，并搭建了基于棱台干涉仪的五通道全息干涉系统，以532 nm半导体激光器为光源，通过空间光调制器在未分束光路中预加载数字信息，经棱镜分束后形成四束与光轴成18.4°空间双对称分布的信息光和一束正入射参考光，在光场重叠区域形成干涉调制结构，最终制备出50 mm×50 mm的PDLC-PC全息密钥样品（如图3所示）。
图3 (a) 全息信息记录光路；(b) 基于PDLC-PC 的全息图样品；(c) 光子晶体的SEM 结构图
在实际应用验证中，团队通过密文线索的分步解码，成功从全息密钥中解出“PANDA” 等明文单词，进一步通过多组密文序列的组合，实现了 “panda bear” 完整语句的解密，验证了该技术在文字信息加密中的可行性。实验结果表明，不同重构角度可对应不同的摩尔斯密码矩阵，机密信息的核心元素被深度隐藏在全息密钥中，仅通过特定角度、振幅与寻址的组合才能实现明文提取，大幅提升了加密的安全性（如图4所示）。
图4利用全息重构光学信息表征的摩尔斯码解密加密信息的演示过程
该研究首次将摩尔斯码矩阵与 PDLC 光子晶体全息技术结合，提出了角度复用的秘密全息密钥构建方法，通过多通道全息干涉实现了信息在PDLC-PC中的周期化记录，利用衍射级次的动态数字矩阵与摩尔斯码的精准映射，建立了一套“记录—重构—解码”的完整光学加密解密体系。该技术将全息的角度复用特性与摩尔斯密码的经典编码优势融合，实现了机密信息的动态组合与安全隐藏，理论上可通过记录海量数字信息实现超高信息容量，同时 PDLC 材料的电光可调特性为全息密钥的动态信息调控提供了拓展空间，解决了传统全息光学加密器件在安全性与动态性方面的部分痛点。
文章链接：
https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-14-4-989
撰稿：课题组
