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​北理工王涌天教授团队在国际顶尖期刊Science Advances发表论文

发布日期:2021-04-28

  近日,光电学院王涌天教授团队的黄玲玲教授课题组和德国帕德博恩大学的Thomas Zentgraf教授课题组合作,提出了一种基于级联超颖表面全息术的全息密钥组合方法。该项研究成果发表在Science旗下顶尖综合类期刊Science Advances上,题目为Optical secret sharing with cascaded metasurface holography。 

  近年来,为了保护重要数据或资料不被窃取和篡改,信息加密技术获得了大量关注和快速发展。光学全息技术是一种重要的加密防伪手段,在现有的全息技术中,与超颖表面相结合的超颖表面全息技术是一个重要的发展方向,利用超颖表面的超小像素、宽带特性,能够克服传统全息技术所面临的带宽窄、视场角小、存在多级衍射级次串扰、零级背景光和孪生像等挑战。作为全息密钥的超颖表面能够以相位和振幅空间分布的形式密集地存储并加密光学信息,具有面积小,隐蔽,难以仿制,防伪信道多,信息容量大等诸多优势,可作为数据存储、模式识别、信息处理和光学加密的平台,有望在多个相关领域发挥关键作用。然而,到目前为止,超颖表面加密防伪技术通常使用的都是单层解决方案,只能通过设计并排布超颖表面上的纳米结构来将全息密钥置于不同的信息通道中,而不允许物理拆分全息密钥。目前还没有在每张超颖表面全息图都对应彼此独立的再现像的同时,实现两组超颖表面全息图之间的交叉组合信息加密的方法,这一缺陷大大限制了级联超颖表面布局在加密防伪和信息安全等领域的实际应用。 

  针对这一问题,王涌天教授团队和德国Thomas Zentgraf教授合作,提出了一种基于级联超颖表面全息术的全息密钥组合方法。该方法能够利用多张超颖表面全息图作为全息密钥将加密信息物理拆分,每张超颖表面全息图都对应一个彼此独立的再现像作为自身的唯一标识符,同时,当两张超颖表面全息图相隔预设距离进行堆叠时,整个级联超颖表面系统能够产生一个不同于组成其的两张单层超颖表面全息图所对应再现像的全新的再现像。该方法可以实现两组超颖表面全息图之间的交叉组合信息加密,用一组M张超颖表面全息图和另一组N张超颖表面全息图分散存储M×N个加密信息;还能够借助不同种类的纳米天线来实现不同的相位调制原理,以此引入偏振复用功能。这种基于级联超颖表面全息术的全息密钥组合方法大大增加了超颖表面的信息容量和信息密度,也为加密信息的物理分离和分散存储提供了极高的自由度和安全性。

  此外,该方法还引入了级联全息图的平移全息复用的概念,能够利用相对平移位置作为一个新的全息复用维度,把处于不同相对平移位置的级联超颖表面视为不同的系统,在其上对不同的全息再现像进行编码。实际应用中,平移全息复用级联超颖表面系统的全息再现像可以被编码于离散且等距的空间位置之上,这使其具有了用作光学标尺的潜力。 

  文章链接:Optical secret sharing with cascaded metasurface holography, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abf9718

(审核:董立泉)