据中国激光杂志社网，于2024年04月19日报道，数字化时代，信息安全和隐私保护已成为热议话题。隐私数据泄露事件频发，使得加强数据保护的需求日益增加。信息加密技术成为维护数据安全的重要工具。
近日，中国科学技术大学物理学院中国科学院微观磁共振重点实验室的研究团队在光学信息存储领域取得了重要进展。他们成功研发了一种基于Ce:YAG捕获态的光学信息存储方法。该方法不仅打破了传统二进制存储的局限，实现了多灰度级的信息编码，而且还引入了“阅后即焚”功能，极大增强了信息的安全性，在数据存储、防伪、加密等方面有着广泛的应用前景。此项研究不仅为信息存储领域带来了创新技术，也为数据安全和隐私保护提供了新的可能性。相关研究成果以“Burn After Read: A Rewritable Multiplexing Optical Information Storage and Encryption Method”为题发表于Laser & Photonics Reviews。
Ce:YAG晶体是一种先进的光学信息存储介质，研究团队通过利用其内部的捕获态进行热释光（TL）特性研究，成功实现了多灰度级信息的存储。这种方法通过对激光功率的细致调节，使得晶体中的荧光Ce离子能够按照不同的亮度级别发光，从而代表了不同的信息存储级别。研究团队通过精确控制激光的功率，实现了在单个晶体像素中编码多个灰度值，大大增加了信息的存储密度和复杂度（图1）。
为了评估Ce：YAG晶体用于存储光学信息的性能，研究人员进行了单晶的重复写入和读取光学信息的实验，实验结果如图2所示。结果表明，Ce：YAG晶体是一种抗温度和光照射的稳健介质，具有出色的光学信息存储可重写性，且具有较长的存储时间和稳定性。通过控制书写光功率可改变Ce：YAG捕获态的TL强度，提供了可控的灰度维度，进而扩展了存储密度。
通过分析TL强度和写入激光功率之间的关系，研究人员不仅能够实现存储二进制（黑白）光学图像，还可以探索晶体中的多位（灰度）光学图像存储的可能性。实验中，他们调节每个像素的激光功率，在晶体中成功地写入了多张灰度图像。随后，通过显微镜记录了TL，原始图像和TL图像图3所示。这些结果表明该方法具有高灵敏度的存储容量，TL强度在此过程中起着关键的控制作用，为研究人员提供了额外的灰度维度。
所研发的多灰度信息存储不仅是一种执行三维光学信息存储的新方法，而且是一种安全性更高的信息加密新方法。该方法通过在每个存储位置使用多个灰度级别来增加密钥空间大小，从而提高安全性。为了验证原理，研究团队首先生成了一个10×10的矩阵，将每个位置处的5个级别的随机灰度值作为加密密钥。然后，将信息添加到密钥中，形成用于传输的加密信息。加密信息被写入晶体并通过捕获状态存储。读取的加密信息可以从中提取密钥，从而检索原始信息。与传统的二进制编码相比，该方法由于密钥空间的指数增长，使得暴力破解变得不可行，从而提供了一种更为安全且高效的信息加密和存储方式。信息加密过程如图4所示。
该研究不仅解决了传统光存储技术容量小、易泄漏等问题，还为未来的数据存储技术提供了新的方向。随着这种技术的进一步完善和商业化，未来我们在数据存储和信息安全方面的能力将得到增强。
