可编程液晶薄膜多自由度光学调控技术及其在信息加密中的应用

研究人员开发了一种双向传输液晶薄膜，通过同时调控波矢量(wavevector)、相位(phase)、偏振(polarization)和波长(wavelength)四个光学自由度(DoFs)，实现了高安全性信息加密。该技术将信息编码于表面浮雕光栅和扭曲分子构型中，构建了硬件级加密平台，为紧凑型多自由度光子学器件提供了新范式。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的可编程纳米结构液晶薄膜技术，能够同时精准调控光的四个关键自由度(DoFs)。通过创新的孔径共享策略，研究人员巧妙地将加密信息隐藏在薄膜表面浮雕光栅(Surface Relief Gratings)的微观结构中。反射调制机制精确控制输出波矢量，使加密信息产生可控色散，有效防止了视觉窃取。

更有趣的是，载体图像被编码进液晶分子的扭曲构型(Twisted Molecular Configurations)，形成具有波长选择性的透射相位全息图。这些"光学锁"仅对特定偏振态和波长的入射光产生响应，就像为加密信息设置了多重生物识别系统。通过组合不同的光学密钥，系统能高保真地重建加密图像，且各通道间串扰极低。

该技术突破了传统光学加密的局限：既不需要复杂的逆向设计算法，也摆脱了对笨重空间光调制系统的依赖。这种硬件级加密方案不仅大幅提升了信息安全等级，更为开发紧凑型、高维度的实时解码平台开辟了新途径。就像为光学信息装上了"分子指纹锁"，只有持有正确密钥组合的用户才能解锁隐藏其中的秘密。