平衡正向与负向发光以实现热辐射无迹通信

在日常热辐射中隐藏信息

我们周围每一个温热物体都在以看不见的红外光微微发光，这是一种通常被忽视的热“噪声”。本文展示了如何将这种无处不在的微光转变为一个秘密通信通道，使信息在不留下明显光学痕迹的情况下被传送。对于普通观察者，场景看起来完全正常；只有配备了合适且非常快速的探测器的人才能分辨出隐藏的对话正在进行。

从明亮光束到隐形耳语

大多数光学通信系统——比如光纤互联网或激光指示器——通过向环境中增加额外光来工作：携带信息的明亮光束。即便信息本身被加密，这种光束也很容易被发现。作者们探索了一种不同思路：他们不仅使物体变得更亮，还使其比自然热背景更暗。通过精心组合这两种状态，平均亮度保持与周围环境一致。对于响应速度太慢以跟随快速变化的探测器来说，似乎没有任何异常，即便数据以高速流动。

将二极管变为隐蔽的红外发射器

研究团队用一种称为HgCdTe的材料制作了中红外光电二极管，构建了他们的隐蔽链路。这些器件通常用于探测光，但在施加电压时也能发射光。施加正向电压时，二极管会产生额外的红外光，类似微小的发光二极管（称为电致发光）。施加反向电压时则相反：它发出的光比简单的温热物体更少，这种现象称为负发光。通过在数字1和0的同步切换中在这两种电压状态之间转换，作者们在红外微光上刻印数据，同时不改变其长期的平均水平。

证明信号既存在又看不见

在实验室中，研究人员将一个这样的发射二极管对准第二个作为灵敏接收器的冷却二极管。他们用方波电压驱动发射器，并显示接收到的信号在高达每秒一百万次的速率下清晰地在明亮与昏暗状态间翻转，对应至少100千比特每秒的数据速率。然而，当他们用帧速率远低于调制速率的标准热像仪观察该装置时，场景看起来并未改变。单独观察时，正向偏置下发射器看起来更热、反向偏置时更冷，但当明暗状态快速交替时，热像仪看到的是几乎均匀、类似背景的图像。对于慢速观看者而言，这种通信实际上是不可见的。

更快、更清晰、更定向的波束

展望未来，作者们概述了将此隐蔽通道做得更快、更实用的途径。现有商业中红外探测器已经能在吉赫兹速率下工作，新兴材料如石墨烯和黑磷有望带来高达数百吉赫兹甚至太赫兹范围的带宽。在这样的速度下，系统可以在仍对普通传感器隐蔽的同时传输远更多的数据。他们还强调了精心设计表面（称为超表面）的作用，这些表面可以将热发射塑造成窄束或特定颜色。这将允许在不同波长上建立多个隐藏通道，并实现更高效的远距离链路，无论是在空气中、光纤中，还是在卫星之间的空间通信。

将日常热作为秘密通道

简而言之，这项工作表明，可以通过让器件在短时间内略微比其自然红外光更亮或更暗来发送信息，且方式使得平均光强保持不变。对于普通的红外相机或探测器而言，没有明显的“开/关”闪烁；场景与热背景融为一体。只有能跟随快速明暗模式的足够快速的接收器才能读取信息。正负发光之间的这种平衡为高度安全的隐蔽通信系统打开了大门，使其伪装在日常的热背景中。

引用: Nielsen, M.P., Maier, S.A., Fuhrer, M.S. et al. Balancing positive and negative luminescence for thermoradiative signatureless communications. Light Sci Appl 15, 148 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02119-y

关键词: 隐蔽通信, 红外, 热辐射, 发光, 超表面