基于可重构超表面的多通道图像加密技术：融合近场成像与远场全息的光学密钥增强方案

针对传统光学加密技术抗解密能力弱、密钥单一等问题，中国科学院研究人员提出一种复合超表面设计，通过频率、偏振态、偏振方向及温度多重调制手段，实现近场成像与远场全息融合的四通道图像加密。该技术利用线性偏振波选择性传输（LP）调控振幅分布，结合手性特性与Pancharatnam-Berry相位（PB相位）调控相位分布，显著提升信息存储容量与加密安全等级，为高容量光存储与信息防伪提供新方案。

　　

在信息交互高度发达的今天，数据泄露、恶意窃取和虚假信息传播等问题日益严峻，不仅造成经济损失，甚至威胁公共安全。传统光学加密技术基于干涉和衍射原理，存在抗解密能力不足、成本高昂等缺陷。而太赫兹频段因其丰富的频谱资源和高度集成特性，为高安全性电磁加密提供了新思路。然而，现有超表面加密设计多采用单一调制方式（如仅近场成像或远场全息），导致解密密钥过于简单，难以满足现代加密技术对信息安全、传输容量和设备微型化的多重需求。

为解决这一难题，中国科学院的研究团队在《Optics and Lasers in Engineering》发表了一项突破性研究。他们设计了一种复合超表面，首次将四重调制手段（频率、偏振态、偏振方向、温度）与近场成像、远场全息技术深度融合。该技术利用二氧化钒（VO₂）的温敏相变特性实现反射/透射模式切换，在室温下通过线性偏振波（LP波）选择性传输实现双通道近场成像；当温度超过68°C时，VO₂转变为金属态，超表面转为反射模式，通过手性特性与Pancharatnam-Berry相位（PB相位）调控实现双通道远场全息。这种多参数动态调制策略，使得解密必须同时满足四个光学密钥条件，显著提升了加密安全性。

关键技术方法包括：1）基于VO₂相变特性的可重构超表面设计；2）LP波选择性传输调控振幅分布；3）结合几何相位（PB相位）与手性响应的相位调控；4）四通道独立成像的电磁仿真与实验验证。

结果与讨论

1. 多光学密钥解码概念验证：通过频率选择（0.5 THz/1.0 THz）和偏振方向调控（0°/90°），在透射模式下实现"中国结"与"二维码"双图像独立解码；反射模式下利用左/右旋圆偏振光（LCP/RCP）解码全息图像。
2. 温控加密切换机制：VO₂的绝缘态-金属态相变温度阈值为68°C，实现近场/远场成像模式的可逆切换。
3. 四通道加密验证：实验表明，仅当同时匹配特定频率、偏振态、偏振方向和温度时才能正确解密对应图像，错误密钥组合仅显示噪声。

结论与意义
该研究通过创新性地整合近场振幅调控与远场相位调制，在单一超表面平台上实现了四通道光学加密。相比传统单模式加密超表面，信息存储容量提升300%，且解密复杂度呈指数级增长。特别值得注意的是，VO₂的温敏特性为动态加密提供了物理不可克隆功能，而PB相位与手性特性的结合则实现了偏振维度的高维度调控。这种多参数协同加密策略不仅适用于太赫兹波段，还可拓展至可见光与红外波段，为高安全等级信息加密、光学防伪标签设计及高密度光存储器件开发提供了普适性方案。研究团队指出，未来通过引入更多调制自由度（如入射角度、时空编码等），有望进一步突破现有加密维度的限制。