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神奇“光鑰匙”解碼“鎖住”的全息影像 世界首個超寬帶光學全息技術問世

2019-12-10 08:08:56

來源:東方網 作者:傅文婧 選稿:實習生 賀江敏

  東方網記者傅文婧12月10日報道:假想有這樣一種場景,當你和朋友們收到了同一份加密全息數據,然而利用不同的“光鑰”解碼,你的眼前呈現的是周傑倫在唱《説好不哭》,朋友呈現的是易烊千璽在跳街舞。這聽起來似乎有點“科幻”,但有這樣一支科研團隊,他們研發的軌道角動量全息技術,不僅顛覆了全息影像的傳輸方式,更是為傳輸過程設置了“資訊安全”的保護屏障,使得這樣酷炫的場景變為現實。

顧敏院士

  近日,由中國工程院外籍院士、澳大利亞科學院與工程院院士、國際光學DennisGabor獎獲得者、上海理工大學人工智慧奈米光子學研究中心顧敏教授領銜的科研團隊,創造性地利用具有“螺旋”特性的軌道角動量光束作為光學全息過程中的資訊載體,實現了世界上首個超寬帶的光學全息過程,為大數據資訊時代提供了大容量全息術。

  北京時間12月10日,相關研究成果以長文形式發表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》上。顧敏為該論文通訊作者,上理工光電資訊與電腦工程學院特聘研究員方心遠博士為第一作者。這是近年來中國科研人員在該刊發表的唯一一篇全息資訊安全技術領域長文。

  提升存儲力為全息技術加裝安全“鎖”

  對於傳統全息顯示技術而言,一張平面全息圖往往只能記錄一張圖片,然而隨著資訊時代的快速發展,往往我們需要利用相同的內存來記錄下更多的圖片。利用最新發現的軌道角動量全息技術,相同的內存能夠將圖片資訊存儲能力提高100倍,為下一代大容量全息技術打下基礎。

原理演示

  據方心遠博士介紹:“傳統全息顯示技術中,只有通過增加信號源的方法提升資訊通道的數目以實現複雜的顯示效果,往往出現‘頻寬不夠’‘解析度不高’等情況。而我們發現,‘螺旋程度’不同的軌道角動量光對應了同一信號源不同的資訊通道,結合奈米光子學技術,僅僅利用一個奈米級的信號源便可以實現超寬帶的全息顯示效果。這就可以為大眾提供更優質的資訊記錄手段和出色的視覺體驗。”

  而在顧敏院士看來,這只是該項技術的優勢之一,它的“硬實力”還在於創造性地為全息技術加裝一把安全“鎖”。“傳統意義上,一把全息‘鎖’只有一種解碼方式,而我們的研究把‘螺旋光’配成多把‘鑰匙’,可以將同一把全息‘鎖’解碼出不同的資訊,收信人根據手裏的‘光鑰’解讀出只有他自己才能看到的最終資訊,這就保護了資訊傳遞的安全性。”顧敏院士介紹道。

  一份“不可能”作業成就一項新成果

  去年,尚在讀博的方心遠雖取得了不小的成績,但深感遇到科研瓶頸,迫切想要學習一下如何做“高水準科研”。那時候,他剛好看到顧敏院士課題組在《科學》(Science)發表的一篇前沿文章,就試著聯繫顧敏院士,看能否取得與世界頂級團隊短期交流的機會。

  當加入團隊後,顧院士給了方心遠博士一個命題作業,“螺旋光束能不能在全息場景下攜帶資訊?”這是顧院士腦海中一直在琢磨的課題。然而方心遠想了2周之後,告訴老師“這不可能啊。”原來,這一課題按照現有的原理來推算的話,是根本不可能實現的一種假設,就好像是一道數學題,雖給出了“答案”卻根本沒有“推導過程”一樣。

  “要不試試,讓布拉格衍射定律在傅裏葉空間延伸?”一個月後,方心遠打破了自己的結論,有了新的靈感。最終,僅僅耗時9個月,這份“不可能”的作業就被方心遠攻破了,這個想要做“高水準科研”的年輕學者讓只有9%命中率的頂尖科研雜誌裏有了他的名字,而且是8個版面無刪減的長文。在他看來,這一切都得益於顧敏院士的那份“作業”。“我已經全職加入顧敏院士的團隊,我想要把這份‘作業’繼續做下去,在光學領域做深做實。”

  提及該項技術的未來應用,顧敏院士介紹道:“軌道角動量全息技術在人工智慧、三維顯示、數字全息顯微技術、數據存儲、人工神經網路等多種領域將大有可為,此外,還可以將其應用在量子光學領域,為資訊交互過程提供前所未有的安全保障。”

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