近日，上海理工大學顧敏院士、方心遠研究員團隊聯(lián)合澳大利亞、美國等頂尖實驗室，在《科學進展》（Science Advances）上發(fā)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(xiàn)了單張全息圖重建118幅獨立圖像，創(chuàng)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。
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(tǒng)全息圖設計依賴低效率的迭代優(yōu)化算法，團隊利用Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡，對單張純相位全息圖進行全局優(yōu)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(wǎng)”，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(xiàn)了2納米超窄線寬的高精度篩選。
“AI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。”論文第一作者、智能科技學院博士生孟維佳比喻道。實驗顯示，該技術的信息加密安全性較傳統(tǒng)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(shù)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(shù)據(jù)存儲、防偽標識等領域展現(xiàn)應用潛力。
這項研究的背后，是一支橫跨三大洲的科學聯(lián)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(qū)壁壘，云端協(xié)作攻克技術難關。通過“虛擬實驗室”共享實時數(shù)據(jù)，利用跨國設備接力完成超表面制備與測試。“就像用全球智慧拼出一張完美全息圖，”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(xiàn)的中國主導力。
論文第一作者是孟維佳與美國華盛頓大學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。孟維佳目前已順利完成博士畢業(yè)論文答辯，將是智能科技學院自成立以來的首位博士畢業(yè)生，他的成長軌跡印證了學院“精益求精”的培養(yǎng)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(yōu)化。而孟維佳在導師團隊的指導下，創(chuàng)新性地引入人工智能技術，攻克了傳統(tǒng)方法難以逾越的壁壘。“他的研究證明，我們不僅能培養(yǎng)人才，更能培養(yǎng)定義未來技術方向的領軍者。”顧敏院士評價道。這一成果也標志著學院在交叉學科人才培養(yǎng)上邁出里程碑式一步，為后續(xù)“光學人工智能”研究奠定人才基石。
據(jù)介紹，研究團隊已將該技術應用于全息視覺加密，開發(fā)出“所見非所得”的動態(tài)密碼系統(tǒng)。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(tài)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(jīng)網(wǎng)絡結合，利用其并行處理光信號的特性，構建比現(xiàn)有電子芯片快千倍的光學人工智能芯片。
來源：上海教育新聞網(wǎng)
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