用螺旋“光钥”解码全息“锁” 上理工团队研发世界首个超宽带光学全息技术

(记者

程媛媛)在不久的将来,可能会有这样一个场景,你和你的朋友收到相同的加密全息数据,但是使用不同的“光钥”解码,周杰伦在你眼前唱《说好不哭》,易烊千玺在你的朋友面前跳街舞。

近日,由中国工程院外籍院士顾敏教授、澳大利亚科学院和工程院院士、国际光学丹尼斯加博尔奖获得者、上海理工大学人工智能纳米光子学研究中心领导的科研团队开发了轨道角动量全息术,不仅颠覆了全息图像的传输模式,还为传输过程设置了“信息安全”的防护屏障,让这一酷景成为现实。

这个科研团队创造性地将具有“螺旋”特征的轨道角动量光束作为光学全息过程中的信息载体,实现了世界上第一个超宽带光学全息过程,为大数据信息时代提供了大容量全息术。北京时间12月10日,相关研究成果以长篇文章的形式发表在世界顶级光学期刊《自然-光子学》上。顾敏是本文的通讯作者,上海理工大学光电信息与计算机工程研究所的特别研究员方心元博士是第一作者。这是近年来中国研究人员在该杂志上发表的唯一一篇关于全息信息安全技术的长篇文章。

为全息技术添加安全“锁”。

对于传统的全息显示技术,平面全息图只能记录一张图片,但是,随着信息时代的快速发展,我们需要用同样的内存来记录更多的图片。利用新发现的轨道角动量全息技术,同一存储器可以将图像信息的存储容量提高100倍,为下一代大容量全息技术奠定基础。

方心元博士称,“在传统全息显示技术中,只有通过增加信号源来增加信息通道的数量,才能实现复杂的显示效果,往往存在“带宽不足”和“分辨率低”等问题。然而,我们发现不同“螺旋度”的轨道角动量光对应于同一信号源的不同信息通道。结合纳米光子技术,只用一个纳米级信号源就可以实现超宽带全息显示效果。这可以为公众提供更好的信息记录方法和出色的视觉体验。”

在顾敏院士看来,这只是这项技术的优势之一。它的“硬实力”还在于创造性地为全息技术增加了一个安全“锁”。“传统上,全息‘锁’只有一种解码方法,但我们的研究将‘螺旋光’匹配成多个‘钥匙’,可以解码来自同一全息‘锁’的不同信息,接收器根据手中的‘光钥匙’来解释只有他才能看到的最终信息,从而保护信息传输的安全性。”顾敏院士说。

源于一个“不可能”的家庭作业。

去年,仍在读博客的方鑫深感自己遇到了科学研究的瓶颈。当时,为了做“高水平的科学研究”,他碰巧看到了顾敏院士的研究小组在《科学》 (Science)发表的一篇前沿文章,并试图联系顾敏院士,看看他能否在短时间内有机会与世界顶尖团队沟通。

顾院士加入团队后,向方心元博士提出了一个命题:“螺旋光束能在全息场景中携带信息吗?”这是顾院士一直在思考的话题。然而,方心媛想了两周,然后回答老师,“这不可能。”事实证明,如果根据现有的原理来计算主体,这是一种根本无法实现的假设,就像数学问题一样,给出“答案”,但没有“推导过程”。

"你为什么不尝试在傅立叶空间中推广布拉格衍射定律?"一个月后,方心远打破了他的结论,获得了新的灵感。最终,只花了九个月,方心元就突破了“不可能”的任务。这位年轻的学者以9%的点击率将自己的名字命名为一份顶级科学杂志,这是一篇长达八页的文章,没有删除。在他看来,这一切都是应得的