任意光参数调控打印图像变换及加密的超构表面结构器件
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近日，中山大学物理学院王雪华教授和周张凯副教授研究组利用超构表面结构实现了一种任意多维光参数调控图像变化和加密的功能。在该结构中，可以利用光的所有参数，如入射角度，波长和偏振，实现不同图像的变换。这种方法解决了传统多图像变换设计中的诸多缺点，包括不同波长图像串扰、只能通过线偏振光实现图像变换以及无法通过入射角度进行调控。相关研究成果以“Coherent Pixel Design of Metasurface for Multidimensional Optical Control of Multiple Printing-Image Switching and Encoding”为题发表在《Advanced Function Materials》(DOI: 10.1002/adfm.201805306)上。论文共同第一作者是中山大学物理学院包燕军和虞应研究员，通讯作者为周张凯副教授。
(a)相干像素设计示意图。一个像素的强度大小由其内所有单元共同决定；
(b)传统多图像变换像素设计示意图。一个像素中的一个单元对应于一个图像；
(c-d)相干像素的俯视图(c)和侧视图(d)。
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超构表面结构（metasurface）是一层具有特殊电磁属性单元的二维平面结构，能够在亚波长尺度范围对光的振幅、相位和偏振进行灵活的调控，在广义斯涅耳定律、超透镜、光自旋霍尔效应、全息等领域有着广泛的应用。在彩色打印领域，基于超构表面结构的打印图像具备不易褪色、亚波长的分辨率、高密度信息存储等优点。除了单一的静态打印图像显示之外，人们越来越关注于更高级功能的动态图像变换。目前，研究人员一般采用空间交错的方法，将多幅图像基本像素叠加在一起，从而实现不同入射光条件下的不同图像显示。然而这种方法却存在着许多问题，如在不同波长下存在图像串扰、只能通过线偏振光实现图像变换以及无法通过入射角度进行调控等缺点。
（a）实现二副图像变换中的四种像素的电镜图。
(b-e) 四种设计的像素在不同入射角度下的远场散射图和理论模拟成像图。
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研究人员提出了一种全新的相干像素设计思路，将一个像素中的所有结构元素单元作为一个整体考虑（图1b），而不是传统设计方法中的一副图像对应于一个单元结构（图1a）。然后分别根据整体像素对于不同入射光的响应来构建相应的超构表面像素（图2）。该设计方法可以利用入射角度，偏振和波长的任意取值来操控图像变换，从而实现了多维光参数对图像的调控，并完全解决了上面提到的传统设计方法中存在的问题。同时该方法还可以扩展到多个图像的变换中。他们通过任意的光参数调控实现“广州”、“中山”和“大学”三幅汉字图像的变换。该研究工作不仅为基于超构表面结构的图像变换提供了新的设计方案，同时更重要的是，他们可以将入射角度、波长、偏振的任意组合作为得到特殊加密信息的钥匙，开发基于超构表面的信息加密技术。该加密方法由于利用的是三种光学参量的任意组合，大大提高了超构表面图像加密技术的安全性，很有希望推动超构表面的研究在信息加密和信息安全领域做出贡献。
原文引自“两江科技评论”微信公众号。
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上海复享光学股份有限公司（简称：复享光学）诞生于中国的高校实验室，是一家高科技型光谱仪器公司。公司为科学家和工程师提供光谱产品、系统、服务。“让光谱简单"是公司发展理念，“光谱改变生活”是公司的愿景。
公司专注光谱仪器发展超过八年，获得国家高新技术企业资质，于2016年登陆新三板（NEEQ:838781）。公司位于复旦大学科技创业园，目前拥有约40名高学历工程师。公司官网：www.ideaoptics.com
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