利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现编码的方法

IPC分类号 : G02F7/00,G01N21/01

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CN201911352540.5

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专利摘要

本发明公开了一种利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现编码的方法，属于光电材料和器件技术领域。通过调控皮秒时间量级内单个脉冲功率，利用可发光、有谐振腔特性、Q值高的光学结构在分束器、可调反射镜、连续衰减片等光学元件组合搭建的光路中实现激射状态和非激射状态的转变，由于两种状态下的光辐射携带参数不同，参数分别与“1”和“0”对应，实现了二进制高带宽编码，甚至在二进制编码的光路基础上略作改进，能实现三进制编码。编码的可调谐带宽高达0.1THz，有利于促进高带宽信息处理光学微芯片的发展。

权利要求

1.一种利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现编码的方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：选取一光学结构，自身为发光材料或组成部分是可发光材料，具有光学谐振腔特性，光腔品质因子Q值至少100，材料化学构成不限，置于样品台上；

步骤2：在激光器输出激光传输光路上，用数个分束器把一束总光脉冲分成数束分路光脉冲，正对分束器的出射面位置搭建可调反射镜，调节反射镜相对于分束器的远近位置从而调控各个分路光脉冲到达光学结构的时刻和各个分路光脉冲之间的时间间隔；

步骤3：在分束器和可调反射镜之间放置连续可调衰减片，旋转衰减片控制到达光学结构的各个分路光脉冲的激发能量密度大于或小于光学结构的光学激射阈值Pth，光学结构在对应的激发能量密度下分别处于激射状态或非激射状态，另外在第一分束器后其中一光路放置倍频晶体来获得波长减半的光脉冲，此光路称作倍频光路，另一光路保留原波长光脉冲；

步骤4：各个可调控的分路光脉冲经过合束器汇合成一束光经分束器和物镜照射到样品台上放置的光学结构上，实现光学代码信息的植入，光学结构的诱导辐射光场携带高带宽编码序列；

步骤5：光路终端设置透镜、光谱仪和条纹相机收集光学结构受光脉冲激发时间内的光辐射信号，获得光辐射信号中的参数信息即发光强度I、偏振度P和相干度c；

步骤6：把已获得的激射状态和非激射状态下光辐射信号参数中的一种或几种，分别对应于二进制编码的“1”和“0”，用光谱仪和条纹相机读取或校验这段光脉冲激发时间内生成的光学编码序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述总光脉冲的脉冲半高宽至多τrad/2，时间参数τrad是光学结构工作在激射状态下的光辐射脉冲的半高宽，可调节的脉冲间隔时间至少τra d。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2所述调控各个分路光脉冲之间的时间间隔，是改变各分路的传播光程实现不同分路光脉冲的时间延迟。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述光学激射阈值Pth由选取的光学结构自身决定，值为10-9～1 J/cm2。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述的各个分路光脉冲输入到光学结构中的最大能量密度至少达到Pth。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5所述的条纹相机的探测时间精度至少为单个光辐射脉冲半高宽τrad的1/3。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5所述的发光强度I直接由光谱仪和条纹相机测得，偏振度P是通过旋转收集光路上搭建的偏振片，利用光谱仪和条纹相机获得最大和最小发光强度，按公式(Imax-Imin)/(Imax+Imin)计算而得，相干度c是光辐射经过收集光路上搭建的迈克尔逊干涉仪然后用条纹相机测得亮条纹光强和暗条纹光强，按公式(I亮-I暗)/(I亮+I暗)计算而得。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6获得的编码带宽的上限至少达0.1THz。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6所述的二进制编码“1”和“0”的定义为：发光强度I、偏振度P和相干度c中任意一种或几种，在单个码时间间隔内：ⅰ）取值最大值大于x，则此码值定义为“1”、ⅱ）平均值大于x，则此码值定义为“1”、ⅲ）时间积分总和大于x，则此码值定义为“1”或者ⅳ）人为设定一个更小的时间间隔参数s，在单个码时间间隔内任意选取一个长为s的时间间隔积分，积分最大值大于x，则此码值定义为“1”；其中，所述x为人为定义值，以能实现光学结构激射状态和非激射状态下光辐射参数数值的区分为准。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述倍频光路是产生与原波长光路不同频率的激发光脉冲，倍频光路用于直接激发光学结构，原波长光脉冲用于非线性双光子吸收调控光学结构的发光时间包络，将两种频率的光脉冲组合激发光学样品获得双峰形状的辐射光脉冲时间包络，发光时间包络信息将单一频率光脉冲激励下的二进制码值“1/0”扩展至“2/1/0”三进制码值。

说明书

技术领域

本发明属于光电材料和器件技术领域，特别涉及一种利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现高带宽编码的方法。

背景技术

近年随着生长技术和精密加工技术的进步，微结构的尺度已经可以达到纳米量级，人们将包含微米、亚微米量级的精细结构的材料统称为微纳材料，从此光学研究可以从大的光学平台集成到了微结构中，提供了更多的调控电磁波的方法和工具，丰富了激光物理以及非线性光学等众多领域的研究。微结构在激光激发下往往会产生由于尺寸和形状引起的不寻常的效果，如光波导，光学腔等，这一过程中包含了许多信息的产生或者是对原来光信息的转变，已经有许多利用微结构的荧光寿命、强度或峰位进行信息编码的研究应用。已经有许多基于已有光源输出的光，后期被动的调制光信号，从而实现编码的报道，然而几乎没有利用本身就能激射的微型激光器直接编码的报道。

随着超快技术的快速发展，脉冲的弛豫时间可达到飞秒量级，飞秒量级的超短脉冲成为探索物理、生物和化学等领域超快过程的重要手段。利用飞秒量级的脉冲激光进行高速率高带宽的光学编码得到了广泛的研究，可调谐编码带宽可实现到太赫兹甚至以上，这意味着同时能够传输的数据量更大，所以研究在光通信领域中如何利用超快脉冲激光进行编码具有实际意义。

而现有的大部分光编码方法的缺点，是它们都是基于已有光源输出的光，然后后期被动的去调制光信号。被动调制下基底光的性质是不可改变的，完全依靠于调制手段的准确实现编码的保真，而且被动调制中不管码值是“1”或“0”都需要基底光，不利于节省能耗。

发明内容

本发明的目的是为顺应编码技术日益小型化和高带宽的时代发展要求，提供的一种利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现高带宽编码的方法，该方法主动调控激光源，减少了编码能耗，获得了大的编码带宽。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现编码的方法，该方法包括以下步骤：

步骤3：在分束器和可调反射镜之间放置连续可调衰减片，旋转衰减片控制到达光学结构的各个分路光脉冲的激发能量密度大于或小于光学结构的光学激射阈值P_th，光学结构在对应的激发能量密度下分别处于激射状态或非激射状态，另外在第一分束器后其中一光路放置倍频晶体来获得波长减半的光脉冲，此光路称作倍频光路，另一光路保留原波长光脉冲；

步骤2所述总光脉冲的脉冲半高宽至多τ_rad/2，时间参数τ_rad是光学结构工作在激射状态下的光辐射脉冲的半高宽，可调节的脉冲间隔时间至少τ_ra d。

步骤2所述调控各个分路光脉冲之间的时间间隔，是改变各分路的传播光程实现不同分路光脉冲的时间延迟。

步骤3所述光学激射阈值P_th由选取的光学结构自身决定，值在10^-9～1J/cm²。

步骤3所述的分脉冲输入到光学结构中的最大能量密度至少达到P_th。

步骤5所述的条纹相机的探测时间精度至少为单个光辐射脉冲半高宽τ_rad的1/3。

步骤5所述的发光强度I直接由光谱仪和条纹相机测得，偏振度P是通过旋转收集光路上搭建的偏振片，利用光谱仪和条纹相机获得最大和最小发光强度按公式(I_max-I_min)/(I_max+I_min)计算而得，相干度c是光辐射经过收集光路上搭建的迈克尔逊干涉仪然后用条纹相机测得亮条纹光强和暗条纹光强，按公式(I_亮-I_暗)/(I_亮+I_暗)计算而得。

步骤6获得的编码带宽的上限至少达0.1THz。

步骤6所述的二进制编码“1”和“0”的定义为：发光强度I、偏振度P和相干度c中任意一种或几种，在单个码时间间隔内：ⅰ）取值最大值大于x，则此码值定义为“1”、ⅱ）平均值大于x，则此码值定义为“1”、ⅲ）时间积分总和大于x，则此码值定义为“1”或ⅳ）人为设定一个更小的时间间隔参数s，在单个码时间间隔内任意选取一个长为s的时间间隔积分，积分最大值大于x，则此码值定义为“1”；其中，所述x为人为定义值，以能实现光学结构激射状态和非激射状态下光辐射参数数值的区分为准。

步骤3所述的倍频光路是产生与原波长光路不同频率的激发光脉冲，倍频光路用于直接激发光学结构，原波长光脉冲用于非线性双光子吸收调控光学结构的发光时间包络，将两种频率的光脉冲组合激发光学样品获得双峰形状的辐射光脉冲时间包络，新增的发光时间包络信息将单一频率光脉冲激励下的二进制码值“1/0”扩展至“2/1/0” 三进制码值。

本发明步骤2中的总光脉冲利用脉冲泵浦设备或组合集成的脉冲激励装置来激发，光脉冲也能换成电脉冲，控制各个电脉冲的单次激发能量密度大于或小于光学结构的激射阈值, 值在10^-12~10^-3 C/cm²,光学结构在对应的电脉冲下处于激射或非激射状态，同时控制电脉冲激发光学结构的起止时刻，来控制编码的触发和终止，同时控制各个电脉冲的激发时刻，来控制编码序列时间信息的写入，同时控制电脉冲的激发脉冲时间间隔，实现编码带宽的调节。

本发明的优势有：

1）利用光学结构在激射和非激射状态下辐射场性质的显著差异，实现不同码值的高区分度和鉴别度。

2）利用光学结构激射和非激射状态之间的可快速切换性质，实现光学超快编码。本发明的编码带宽实现到了最高0.1THz，属于高带宽编码大于10GHz的范畴。

3）光学结构辐射光场的强度I、偏振度P和相干度c物理参量在激射和非激射状态切换过程中满足捆绑特征，三者在状态切换过程中同时变化，大大提高码值的可信度，并可用于编码序列的纠错。

4）本发明主动控制发光结构的发光过程，同时完成辐射光场载体的产生、编码信息的植入，并实现了对后期码值信息的读取和鉴别操作。本发明同时具有超快编码和解码功能。

5）由于本发明是通过控制辐射光场载体的产生，从源头上写入编码信息，给出节省编码能耗的可行方案，例如强度码值“0”的生成不需注入能量就能实现。

6）光学结构的激射和非激射行为可与双光子吸收等非线性效应结合，从而实现三进制等高阶编码，进一步拓展本发明的编码带宽范围。

附图说明

图1为微球激射与非激射状态转变的示意图；

图2为CsPbBr₃微球的SEM图像；

图3为CsPbBr₃微球的高分辨率TEM图；

图4为CsPbBr₃微球对应的傅里叶变换图；

图5为实施例的光路示意图；

图6为不同泵浦密度下CsPbBr₃微球的归一化PL谱图；

图7为线性极化程度的能量密度依赖性关系曲线图；

图8为钙钛矿偏振度编码器PL沿平行或垂直线性偏振方向的动力学示意图；

图9为线性偏振PL光谱分别从平行(实线)到垂直(虚线)示意图；

图10、图11为带宽为0.1 THz的单层偏振度高带宽编码示意图；

图12、图13为单层荧光强度高带宽编码示意图；

图14为基于钙钛矿微编码器的偏振度和脉冲形状信息的码值定义示意图；

图15为用于双层编码的800nm泵浦激光器的有效密度范围示意图；

图16、图17为双层偏振度和脉冲形状编码示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明详细描述。

为方便理解，本发明原理示意图如图1所示，为微球激射与非激射状态转变的示意图。

Ⅰ）、微球的制备

光学结构可由多种微纳加工技术生长或制备，其本身是发光材料，或组成部分是发光材料，必须具有光学谐振腔特性，光腔品质因子Q值至少100，其外部形态为固态，内部形态不限，外部形状不限，其内外部材料化学构成不限。

本实施例采用高温化学气相沉积法制备全无机卤化铯铅CsPbBr₃微球作为光学结构。

自制的化学气相沉积系统由最高加热温度为1200℃的卧式石英管炉、气体流量控制器和真空泵组成。蒸汽源(~ 0.1 g)的组成为溴化铯(CsBr, 99.999%微量金属基)和溴化铅(PbBr₂, 99.999%微量金属基)，其摩尔比为1:1。所有试剂均未进一步纯化，直接购自Sigma-Aldrich公司。

具体制备过程如下：首先，将CsBr和PbBr₂源置于石英管中心，将10×8×0.7 mm的硅片置于硅胶舟上。然后将高纯度N₂气体以40 sccm的恒定流速导入石英管中。然后快速加热至620℃，维持620℃20分钟，最后将管体冷却至室温。在整个过程中，管内压力保持在0.5 Torr。

Ⅱ）、微球的表征

图2显示了样品的形貌特征，CsPbBr₃微球直径为0.2~1.5μm分散在硅衬底上。插图是一个典型的CsPbBr₃微球的放大扫描电镜图片，它有一个光滑的球面。图3用高分辨率透射电镜(TEM)表征了晶格的内部排列。原子的有序排列证明了CsPbBr₃微球具有良好的结晶度和较低的缺陷。图4快速傅里叶变换表明，CsPbBr₃微球的晶体结构为斜方晶系。高质量的微球本身就是一个好的回音壁(WG)微腔。

场发射扫描电子显微镜（FE-SEM; Auriga S40，Zeiss，Oberkochen，德国），高分辨率透射电子显微镜（HRTEM，JEOL-2010）和X射线衍射（XRD，PANalytical Empyrean with CuKα辐射（λ=1.5418Å））用于表征所制备的CsPbBr₃微球的形态和晶体结构。

Ⅲ）、微球的特性

图5为光路示意图，微球特性的测量和高带宽编码均以此光路为基础。

脉冲激光(400 nm，~150 fs, 80Mhz)对分散的CsPbBr₃微球进行非共振激发，并在10k处进行能量密度依赖的荧光谱 (图6)，插图为光强在谐振腔波长和非谐振波长535.0 nm处的能量密度依赖关系。从单个CsPbBr₃微球观察到典型的激光行为，功率阈值P_th低至约35 μJ/cm²。在534.5 nm处出现单一的激射模式，而在半高宽(FWHM)处仅为0.5 nm。与非共振波长535.0nm处的发射强度的线性能量密度依赖性相比，在腔共振波长处示出了明显的阈值，表明从自发发射到非线性受激辐射的过程。

在不同的激发能量密度条件下研究单个CsPbBr₃微球的极化辐射。低于激光阈值，在PL发射的整个波长范围内没有观察到明显的偏振。然而，在阈值以上，腔体共振波长处的总偏振度接近0.81，线性偏振度高达72％。在阈值以上的偏振光谱中出现尖锐且强烈的峰值，这直观地显示了受激辐射场的高偏振。通过重复测量获得偏振方向和偏振度，表明CsPbBr₃微球的稳健且相同的偏振特征。然而，对于不同的微球样品，这些偏振特征是不同的。另外，荧光信号的偏振特性不依赖于非共振激发激光的偏振配置。即使在圆极化泵浦下，CsPbBr₃微球的线性极化激光也可以建立，这表明高偏振与CsPbBr₃中激子的辐射过程有关，而不是载流子的自旋弛豫。在激光阈值以下的自发荧光中可忽略的偏振也与该观点相匹配。

偏振度的能量依赖关系绘制在图7。明显在阈值点存在偏振度的突变，这种激光激射极化的各向异性来源于钙钛矿微球腔的对称性破坏和偏振度的非线性放大。当在样品制备过程中合成条件的不可控波动或暴露环境中的最小附着物破坏了完美的球形对称性时，回音壁模式被限制在规则圆形和光滑表面的横截面中，与椭圆形或粗糙表面的模式相比较可以获得更高的品质因子（Q值）。此外，对于识别出的限制平面的WG模式以形成驻波，横向电（TE）偏振回音壁模式的Q值高于纵向电（TM）偏振回音壁模式的Q值，其中TE / TM表示电场分量的极化垂直/平行于约束平面。因此，在激射阈值以下，高Q值回音壁模式将显示与CsPbBr₃微球的特征形貌相关的特定偏振方向，不存在偏振发射的优势。与没有极化的光场耦合相比，辐射分量耦合进入偏振高Q值模的量较小。但是，在阈值处，高Q值回音壁模式下的偏振光场会显著放大，导致偏振度跳变。

基于这一特性，还提出了一种单CsPbBr₃微球作为光偏振开关，如图7所示用庞加莱球中的矢量来描述开关的开/关状态。将CsPbBr₃微球的两种不同的辐射状态定义为光开关的两种识别状态。高偏振度的存在表示“开”状态，而没有高偏振度(<0.6)表示“关”状态。这样，偏振的存在或不存在可以通过调节激发密度可逆地实现。此外，此亚微开关显示了高开关对比度和控制灵敏度。

Ⅳ）、光路的搭建及其功能

图5为光路示意图，用于单层和双层编码的泵浦脉冲通过分束器1-5，倍频晶体18，可调反射镜6-11和连续可调衰减片12-17的组合来实现，PL信号收集到条纹相机或光谱仪中。虚线框中是迈克尔逊干涉研究信号相干性的光路元件组合。波片和偏振器检测偏振信息。

总光路的搭建：

1）在激光器输出激光传输光路上，用五个分束器1-5把一束总光脉冲分成几束分路光脉冲，正对分束器3、分束器4及分束器5的出射面搭建位置可调反射镜6-11，调节反射镜相对于分束器的远近位置从而调控各个分路光脉冲最终到达光学结构的时刻和各个分路光脉冲之间的时间间隔；

2）在分束器和可调反射镜之间放置连续可调衰减片12-17，旋转衰减片控制到达光学结构的各个分路光脉冲的激发能量密度大于或小于光学结构的光学激射阈值P_th，光学结构在对应的激发能量密度下分别处于激射状态或非激射状态，另外在分束器1后的光路放置倍频晶体18来获得波长减半的光脉冲；

3）各个可调控的分路光脉冲经过合束器19、合束器20汇合成一束光经分束器21和物镜22照射到样品台上放置的光学结构23上；

4）光路终端设置透镜27及光谱仪28或条纹相机29收集光学结构受光脉冲激发时间内的光辐射信号，获得光辐射信号中的参数信息，其中发光强度I直接由光谱仪28测得，偏振度P是收集光路上搭建的二分之一玻片25后的偏振片26旋转角度，光谱仪28获得最大和最小发光强度按公式(I_max-I_min)/(I_max+I_min)计算而得，相干度c是光辐射经过收集光路上搭建的迈克尔逊干涉仪24然后用条纹相机测得亮条纹光强和暗条纹光强，按公式(I_亮-I_暗)/(I_亮+I_暗)计算而得。

如图5虚线段光路所示，从飞秒激光器出射的初始总脉冲的脉冲时间间隔过长，不利于快速调控和获得不同功率单脉冲，使用若干个分束器可将总脉冲分出任意多个分脉冲，一个分束器搭配一个可调节距离的反射镜就能产生一个可调时间延迟分脉冲，即通过控制距离控制分脉冲入射到光学结构上的时间，同时再在该光路中加入衰减片就能控制该路分脉冲的透过功率，入射到光学结构上的分束能量密度自然被调控。最后这些能被分开调控的光经过合束器汇集到一束，激发光学结构上的同一点。

于是可以控制光脉冲激发光学结构的起止时刻，来控制编码的触发和终止，调节可调镜的位置来控制各个分光脉冲的激发时刻，来控制编码序列时间信息的写入，同时可控制激发脉冲时间间隔，实现编码带宽的调节，至此完成编码序列的写入。时间参数τ_rad是光学结构工作在激射状态下的光辐射脉冲的半高宽，要求总光脉冲的脉冲半高宽至多τ_rad/2，可调节的脉冲间隔时间至少τ_rad，才能实现编码写入。

利用物镜、透镜、光谱仪和条纹相机等其他光学元件搭建收集光路来收集光学结构在编码时间内的光辐射信号,探测时间精度至少为单个光辐射脉冲半高宽τ_rad的1/10，才能实现编码识别。能提取光辐射信号中的参数信息有很多，利用已提取参数中的一种或多种，“1/0”分别对应于激射/非激射状态下获得的参数信息，完成编码序列识别和校验。

Ⅴ）、利用微球激射-非激射状态切换实现的单层偏振度高带宽编码方法

脉冲激光对分散的光学结构进行共振或非共振激发，并在低温环境进行能量密度依赖的荧光谱测量。从单个结构观察到典型的激射行为，激射功率阈值低于现有普遍水平，且在共振波长处出现单一的激射模式。

光学结构的激光持续时间为τ_rad，与自发发射相比降低了两个数量级。并且沿着线性偏振的方向，可以在非常短的时间内收集非常强的荧光信号，而在垂直线性偏振的方向上，只能获得非常弱的荧光信号。这意味着高线性极化集中在非常短的时间内。基于受激放大过程中的加速辐射行为，可以实现偏振度编码。这里，编码器“1/0”意味着辐射场的偏振度在相应的编码持续时间内高于/低于定义值，非激射状态下偏振度低于此值。高偏振度伴随着强烈的激光信号，提供了高的分辨率。而对激射/非激射状态下辐射的其他参数光强度I或相干度c进行与偏振度P一样的定义和收集，就能与偏振度P一样可实现高带宽单层编码，而未用于码值识别的其他参量可用于编码信息的校验或纠错。

此实施例中， CsPbBr₃微球的激光持续时间为~5 ps，与自发发射相比降低了两个数量级，并且沿着线性偏振的方向，可以在非常短的时间内收集非常强的荧光信号，而在垂直线性偏振的方向上，仅可以获得非常弱的荧光信号（图8）。这意味着高线性极化集中在非常短的时间内（图9）。基于受激放大过程中的加速辐射行为，可以实现偏振度编码，如图10、11中的高带宽编码所示。这里，编码器“1/0”定义为辐射场的偏振度在相应的编码持续时间内高于/低于0.6。高偏振度伴随着强烈的激光信号，提供高分辨率。编码序列的输入信息通过光脉冲激发写入钙钛矿编码器。编码器的输出带宽可以调节，上限约为1THz，由钙钛矿微观结构的激光持续时间决定。

类似的，将输出辐射的其他参数定义，如荧光强度也能实现编码，如图12、13就展示了利用微球激射-非激射状态切换实现的单层荧光强度高带宽编码，此时编码带宽达到了0.2THz。

Ⅵ）、利用光学结构激射状态和非激射状态切换实现的双层偏振度和脉冲形状高带宽编码方法

如图5虚线段和实线段光路所示，激光脉冲的时间相关形状之类的其他参数也可以用作编码信息。使用具有不同波长的两个脉冲将两种编码信息写入光学结构，偏振度编码器仍由原脉冲写入。另一束飞秒脉冲光束被引入用于形状编码，此脉冲波长为原脉冲的一倍，功率可调节，所以在另加脉冲随原脉冲激发后收集到的光学结构的辐射脉冲中能出现双峰形状。为了有效地调制激光形状，两个脉冲之间有一定可用时间间隔范围，由τ_rad决定。由于脉冲形状的瞬态响应，可以将于脉冲形状有关的新编码信息与前面已经实现的高带宽编码结合起来，基于偏振度或其他一个参数的编码称为单层编码，逐层将两个独立信息编译即为双层编码。在单层编码的“1”上加入脉冲形状信息写入即变成“2”，不加入脉冲形状信息写入则保持原来的“1”，而“0”上就无法进行写入，所以最终可实现“2/1/0”的定义，实现高带宽双层编码。

此实施例中，除了偏振度参数之外，用激光脉冲的时间相关形状之类的其他参数用作编码信息。使用具有不同波长的两个泵浦光束将两种编码器信息写入CsPbBr₃微球。偏振度编码器仍由400nm泵浦光束写入（图14）。另一束800nm波长（~75μJ/cm²）的飞秒脉冲光束被引入用于形状编码。强烈的800nm光束可以产生明显的双光子吸收效应。研究了用于形状编码的800nm脉冲的有效密度范围（图15）。当泵浦密度高于50μJ/cm²时，实现了PL形状的明显调制。在这里，形状调制起源于载流子，它们受到非线性吸收和800nm泵浦脉冲直接吸收的激发。由直接吸收激发的处于低能态的载流子可以与激子一起散射并增强激子的非辐射复合。因此，在添加800nm脉冲之后，激光强度首先降低。然而，由双光子吸收激发的高能载流子将在短暂的能量弛豫过程之后提供激子储层，并随后贡献额外的释放，因此，嵌入瞬时在激光脉冲中出现双峰形状。为了有效地调制激光形状，两个脉冲之间的可用时间间隔范围是5~10ps。另外，在两种波长光束激发下PL能量的轻微蓝移主要来源于直接吸收800nm激光激发的载流子。由于脉冲形状的瞬态响应，可以将形状信息与高带宽编码序列相结合，新代码标记为“2”，与未定形代码“1/0”不同。因此，可以通过将两个不同的信息（偏振度和形状）逐层嵌入钙钛矿编码器来实现双层编码。图16、17分别示出了不同的双层代码序列“2120”和“2102”，虚线表示单层代码序列“1110”和“1101”用于比较。

PL光谱和动态测量：将CsPbBr₃微球置于闭环高真空杜瓦（MONTANA）中，用于10 K温度下的所有光学实验。通过SHG工艺，激发源是800nm飞秒激光（150 fs，80 MHz）和400 nm飞秒激光。在共聚焦荧光检测系统中通过50x物镜（NA = 0.55）收集所有PL信号。通过光谱仪（ANDOR，Newton，SR500i）测量光致发光。时间动态测量由条纹相机（Hamamatsu，C10910）分析。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。实施例中使用的光学结构是钙钛矿小球微纳结构，但本发明中适用的光学结构不一定要求是微纳结构。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

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