具有高安全性和快速解密的全光矢量视觉加密术

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信息安全对于防伪、通信等众多应用至关重要。近年来，光学加密术因其具备并行、高速和低功耗等优点而备受关注。然而，光的丰富自由度在早期的研究中没有得到充分利用，导致信息的安全性有限。光学加密结合计算成像是增强安全性的有效方法，但它需要多次光学测量或额外的数字后处理来恢复隐藏的图像。从本质上讲，间接成像的方式偏离了全光加密的初衷，导致其原有优势在一定程度上丧失。全光化的信息加密技术是当前网络及信息安全领域的重要发展趋势，但当前技术的安全性、加密复杂度以及解密速度之间存在相互制约的关系。

近期，受成像过程中的矢量特性启发，本团队基于非对称光子自旋轨道相互作用（Opto-Electron. Eng. 44, 319-325 (2017); Adv. Funct. Mater. 27, 1704295 (2017)）与空间位错矢量合成方法，提出了矢量视觉加密技术，构建了全光解密超构相机，具有高安全性（无法通过旋转入射或出射偏振解密）和并行实时性（无需任何电学处理）的特点。该技术的核心是设计一个自旋解耦的双轴超构透镜，该透镜可以通过合成不同自旋分量之间按需矢量来达到信息解密的目的，包括复振幅光学密文的自旋分割、单对双或双对单的空间映射，以及空间位错的复杂干涉。值得注意的是，上述复杂的加密过程可以由小型的全光解密超构相机进行实时解密，无需任何额外的图像后处理。相关成果以“Meta-optics empowered vector visual cryptography for high security and rapid decryption”为题发表在国际期刊Nature Communications上（DOI: 10.1038/s41467-023-37510-z）。

图1用于矢量视觉加密术的全光解密超构相机示意图。解密超构相机由自旋解耦双轴超构透镜（顶部展示了其相位分布）和矢量解偏传感器（如插图所示）组成。自旋解耦双轴超构透镜将编码的相位型密文分为两个具有相反自旋振态的副本，并将它们投影到具有空间错位和重叠的像平面（底部面板）。每个像素处的偏振旋向和相位分别由圆形箭头的方向和短导线的方位角表示。作为编码过程的逆过程，位于像平面上重叠合成的矢量光场在匹配的矢量解偏器的帮助下可以再现光学密文中的隐藏图像。