近日，上海理工大學顧敏院士、方心遠研究員團隊聯合澳大利亞、美國等頂尖實驗室，在《科學進展》（Science Advances）上發表題為“超窄線寬波長-渦旋復用超表面全息術”（“Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography”）的研究論文。該技術將人工智能技術與超表面全息術相結合，不僅實現了單張全息圖重建118幅獨立圖像，創下入射光2納米的超窄線寬紀錄，更為光學加密技術樹立新標桿。論文第一作者是智能科技學院孟維佳同學與美國華盛頓大學Johannes E. Fr?ch博士。論文通訊作者為上海理工大學顧敏院士、方心遠研究員以及澳大利亞莫納什大學任浩然研究員。
相關研究成果發表在《科學》子刊上
Transformer神經網絡：給光戴上“智能濾鏡”
如何讓一張全息圖承載上百幅圖像？研究團隊給出的答案是“AI賦能光學設計”。傳統全息圖設計依賴低效率的迭代優化算法，團隊利用Transformer神經網絡，對單張純相位全息圖進行全局優化設計，應用于具有寬波段響應能力的納米超表面全息圖，使其能夠同時感受入射光波長與軌道角動量的雙重變化。簡單來說，就像為光波打造了“智能篩網”，僅允許特定顏色和螺旋程度的光通過，從而在可見光范圍內實現了2納米超窄線寬的高精度篩選?！癆I為光雕刻出118把不同的鑰匙，每把鑰匙只能打開特定的信息寶庫。”孟維佳比喻道。實驗顯示，該技術的信息加密安全性較傳統方法提升超過2500倍，即使截獲全息圖，若未掌握密鑰對應的波長與渦旋參數組合，也無法破解原始信息。這種“視覺密碼術”已在高安全級數據存儲、防偽標識等領域展現應用潛力。
跨國協作：科研突破中的“科學無國界”實踐
這項研究的背后，是一支橫跨三大洲的科學聯合團隊，由上海理工牽頭，澳大利亞莫納什大學、美國華盛頓大學等機構的專家們跨越時區壁壘，云端協作攻克技術難關。通過“虛擬實驗室”共享實時數據，利用跨國設備接力完成超表面制備與測試?！熬拖裼萌蛑腔燮闯鲆粡埻昝廊D，”方心遠研究員感慨道。這種無國界科研模式，不僅驗證了超窄線寬超表面全息作為光學密碼鎖的可行性，更凸顯了國際合作在科研中的重要性以及在重大科研突破中體現的中國主導力。
波長-渦旋復用超表面全息概念圖
從“零”到“一”：智能科技學院交出首位博士培養成績單
孟維佳目前已順利完成博士畢業論文答辯，將是智能科技學院自成立以來的首位博士畢業生，他的成長軌跡印證了學院“精益求精”的培養理念。超表面全息術作為納米光子學的前沿領域，設計涉及復雜的光場調控與納米級結構優化。而孟維佳在導師團隊的指導下，創新性地引入人工智能技術，攻克了傳統方法難以逾越的壁壘。“他的研究證明，我們不僅能培養人才，更能培養定義未來技術方向的領軍者?！鳖櫭粼菏吭u價道。這一成果也標志著學院在交叉學科人才培養上邁出里程碑式一步，為后續“光學人工智能”研究奠定人才基石。
研究團隊合影
未來已來：從“視覺密碼鎖”到光學人工智能
研究團隊已將該技術應用于全息視覺加密，開發出“所見非所得”的動態密碼系統。例如，用特定波長激光照射超表面時，看似無序的光斑會瞬間自組織成二維碼或三維動態圖像，而其他波段光源僅顯示干擾圖案。這種“光學指紋”驗證技術，可應用于國防安全與金融防偽領域。更長遠來看，團隊正探索將超表面與光學神經網絡結合，利用其并行處理光信號的特性，構建比現有電子芯片快千倍的光學人工智能芯片。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adt9159?af=R
供稿：智能科技學院
