北京理工大学光学与光子学学院北京混合现实与先进显示工程技术研究中心的池程等人及其同事在最近发表在《光：科学与应用》上的一项研究中，揭示了纳米尺度选择性电子束激发的色彩路由效应的机制。

片上CR的设计及其光子动量调制功能。a电子诱导CR示意图。

色彩路由效应提供了一种在频域和空域控制光子动量并最大化光谱利用率的新方法。色彩路由效应被用于研究传播光波前修正，将不同频率的光分裂到不同的方向。该方法已应用于利用多频通道进行光操控，包括光子晶体波导和频率编码量子信息处理。

控制多频通道中光子动量的彩色路由器可用于显示和信息技术，特别是低串扰和高维的光信息编码和加密，因为光子是具有高容量和鲁棒性的有效信息载体。

先前关于颜色路由器的研究主要集中在结构设计方面，例如利用超表面、纳米天线和光栅来调制光子动量。然而，由于缺乏纳米尺度的灵活操控，该技术对于未来的片上应用仍然具有挑战性。必须提出一种有效的解决方案，使主动可控颜色路由器在光信息应用中充分发挥其潜力。

基于这种机制，他们创建了一个可编程电子诱导彩色路由器阵列，该阵列允许现场可编程门阵列通过纳米级电子束偏移单独控制每个纳米天线的发射模式。

研究人员利用可编程调制的彩色路由器阵列，创建了一种加密显示设备。该设备利用二色光子动量和光束强度作为载体，以提高信息处理能力，从而基于频率相关角度测量来增加信息容量。

活动单元的地理分布代表了所需的显示图像。然而，由于在整个角度空间内，绿色和红色分量之间的积分强度比恒定，且入射位置不断变化，传统的强度检测方法无法读取编码信息。

动量空间中二色光子动量分裂的独特角度模式是解密加密图像的关键。纠删码的使用增强了编码过程，有助于构建可靠的加密解决方案。

这种频率相关的加密显示通过可调节的电子激发克服了光衍射极限，并实现了深亚波长尺度利用二色光子动量作为编码信息。

研究人员补充道：“在这项研究中，我们展示了一种通过电子诱导的彩色路由器在深亚波长尺度上调制二色光子动量的方法。通过控制电子束的撞击位置，可以触发特征辐射方向图的转换。通过合理调整撞击位置，改变偶极矩和四极矩的远场干涉，可以有效地实现二色光子分裂的主动调制?！?/span>

他们进一步补充道：“更重要的是，基于电子诱导颜色路由器的原理，我们实现了一种带有颜色路由器阵列的可编程加密显示设备，这为在纳米尺度上操纵光子动量提供了一个引人注目的平台，为未来的量子信息技术和集成光子系统铺平了道路?！?/span>

他们进一步指出： “深亚波长尺度调制、大信息容量和增强的安全性等特点，使得这种加密显示设备成为信息存储和处理的有希望的候选者，而高集成度和微小尺寸拓宽了它的实际应用?！?/span>

研究人员预测： “我们的工作为通过电子诱导的色彩路由效应和可编程色彩路由器阵列来调节光子动量以实现加密显示提供了演示，这可以激发先进显示、片上光谱、光通信以及集成量子信息技术相关应用领域的现代跨学科研究?！?/span>

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