一种基于超表面的光学加密系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超表面的光学加密系统及方法，属于微纳光学与信息加密领域。本发明专利技术的实现方法如下：用于实现光学信息加密的超表面是由具有圆形截面的不同几何尺寸的纳米柱阵列构成，通过改变纳米柱单元的几何尺寸，使得超表面对入射光学图像傅里叶频谱的幅度及相位进行任意调制。本发明专利技术利用光学4f系统搭建用于基于超表面的图像光学加密系统，对应地，本发明专利技术还公开了一种基于超表面的光学加密方法实验装置。本发明专利技术公开的基于超表面的光学加密方法采用光学方法实现图像的加密，极大地减少了数值变换的计算量，满足图像处理的实时性要求，具有快速、大容量与低功耗的优势。大容量与低功耗的优势。大容量与低功耗的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面的光学加密系统及方法


[0001]本专利技术涉及信息加密
，尤其涉及一种基于超表面的光学加密系统及方法。

技术介绍

[0002]超表面是超薄的超材料，是由亚波长尺度的金属或介质谐振器组成的二维人工纳米结构，具有以特定顺序排列的电磁响应。通过对纳米天线阵列进行优化设计，超表面上的每个像素单元都能够在两介质的分界面处引入相位突变，使得入射电磁波被施加上任意的相位分布，基于此已经衍生出超透镜、全息图等众多具有实际研究意义的实验成果。与由金属纳米柱组成的具有巨大欧姆损耗的超表面不同，电介质超表面支持更广泛的光谱响应，在可见光谱中具有高衍射效率和低串扰，已被用于实现相位编码信息认证、偏振复用加密、偏振和波长多通道元表面以构建复用目标信息。
[0003]超表面可实现对电磁波偏振、幅度、相位、极化方式、传播模式等特性进行有效调制，其紧凑性和多功能性使其成为信息编码和光学加密的完美候选者。基于超原子和全局序列的精心结构设计，可以实现同质环绕非同质超表面，这些超表面具有处理电磁波的卓越能力，是实现超紧凑和高效电磁器件的理想候选，可用于下一代集成光学应用。
[0004]信息安全是日常生活中从民用到军用的一个重要问题，信息的加密与防伪技术作为当下信息安全领域的重要内容，其中包括的光学信息安全技术也随之得到越来越广泛的应用。光学信息安全技术有着高维度加密、高并行处理速度以及能快速实现卷积和相关运算等特点，因此，在信息安全技术发展方向，光学信息安全技术的技术优势越来越明显。在光学加密系统中，可以通过控制光的多自由度来设计系统的加密密钥，对系统进行多维编码，达到加密系统的高安全性的要求。由于光学加密能够提供许多自由度来编码信息，如频率、幅度、相位和偏振等，因此用于信息安全的光学加密获得了巨大的关注。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于超表面的光学加密系统及方法，其基于激光照射信息平面后的特性，在傅里叶频域进行光学加密，提升了数据传输的安全性，具有加密效率高和大容量的优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于超表面的光学加密系统，包括激光器和超表面，所述超表面由若干个纳米柱结构单元构成，所述若干个纳米柱结构单元呈周期性阵列排布，所述若干个纳米柱结构单元为圆形截面且几何尺寸不同；所述纳米柱结构单元包括基底和设置在所述基底的工作面上的纳米柱。
[0007]进一步的，所述超表面的基底采用的材料是二氧化硅，所述基底工作面上的纳米柱采用硅材料制成；其中，纳米柱单元的半径为80nm—150nm，高度为100nm—150nm，周期为200nm—450nm。
[0008]进一步的，所述若干个纳米柱结构单元的几何尺寸包括纳米柱的半径、高度以及
超表面单元的周期。
[0009]进一步的，所述激光器为发射波长范围为430nm
‑
2400nm的超连续谱可调谐激光器，或者是发射特定激光波长为632.8nm的He
‑
Ne激光器。
[0010]本专利技术还提供一种基于超表面的光学加密方法，包括：
[0011]激光器发射的激光经过光场图像后，通过一个光学4f系统，由物镜聚焦到超表面上，将超表面信息加密到光学图像的频域信息中，再经另一物镜出射，使用傅里叶透镜将密文图像还原到空间频域，通过分束镜将携带密文图像的光束分为两路进行成像，分别是密文图像与其傅里叶面的成像；
[0012]所述超表面为具有圆形截面的纳米柱单元周期性阵列构成，通过改变纳米柱单元的几何尺寸，使得超表面对入射光的幅度和相位进行任意调制；
[0013]通过对超表面在光学图像的频域中所在位置的选择，实现八个不同信息通道的图像信息复用加密。
[0014]进一步的，将所述超表面用于幅度调制时，根据透射率大小的差异将所用超表面区域划分为调制区与非调制区；所述调制区即组成明文信息的区域，其透射率低，将超表面上的明文信息加载到光学图像的傅里叶平面上，携带明文信息的光束经过分束镜后分为两路进行成像，分别对应调制后的密文图像及其傅里叶面，并使用CCD技术记录所得图像。
[0015]进一步的，将所述超表面用于相位调制时，为减小对幅度的影响，组成超表面的纳米柱保持相同的几何尺寸，将由超表面组成的明文信息加载到光学图像的傅里叶平面上，携带明文信息的光束经过分束镜后分为两路进行成像，分别对应调制后的密文图像及其傅里叶面，并使用CCD技术记录所得图像。
[0016]进一步的，将所述超表面用于相位调制时，改变作为明文信息的超表面在光学图像的傅里叶平面中所处的位置，实现任意位置的相位调制，即实现八个不同信息通道的复用，并使用CCD技术记录所得图像。
[0017]进一步的，所述超表面用于幅度调制时，明文信息隐匿于光学图像的傅里叶信息平面中，仅从密文图像的表面无法获取明文信息，利用数值计算软件对已调制的密文图像作傅里叶变换，即得到所隐藏的明文信息。
[0018]进一步的，所述超表面用于相位调制时，明文信息隐匿于光学图像的傅里叶信息平面中，通过数值计算软件对未调制的光学图像和已调制的密文图像提取相位数据，得到两幅图像之间的相位差，即得到所隐藏的明文信息。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术公开的基于超表面的光学加密方法，用于实现光学信息加密的超表面是由具有圆形截面的纳米柱周期性阵列构成，通过改变纳米柱单元的几何尺寸，使超表面对入射光束的幅度和相位进行任意调制。
[0021]2.本专利技术公开的基于超表面的光学加密方法，将超表面作为明文信息加载于光学图像的频域信息中，其优势在于设计自由度高、大容量、低功耗等。
[0022]3.本专利技术公开的基于超表面的光学加密方法，用于幅度调制时，要求破译者对所得密文图像作进一步处理，才能成功获取明文信息。
[0023]4.本专利技术公开的基于超表面的光学加密方法，用于相位调制时，要求破译者同时得到原光学图像和经超表面调制后的密文图像，采取正确的解密方式，才能成功获取明文
信息。
[0024]5.本专利技术公开的基于超表面的光学加密方法，由超表面组成的明文信息可灵活设计为不同的图案，使用不同的图案表征不同的信息含义，由此可以导出一套明文查询表，提高了该方法的信息容量，可应用于更多信息存储、光学防伪和光学加密等应用场合，具有广阔的应用前景。
[0025]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0026]图1是本专利技术中基于超表面的光学加密方法的整体流程图；
[0027]图2是本专利技术提供的一种基于超表面的光学加密方法的加密装置结构示意图；
[0028]图3为本专利技术提供的一种基于超表面的光学加密方法中采用的纳米柱超表面的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术一种基于超表面的光学加密方法中用于幅度调制的超表面的调制效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的光学加密系统，其特征在于，包括激光器和超表面，所述超表面由若干个纳米柱结构单元构成，所述若干个纳米柱结构单元呈周期性阵列排布，所述若干个纳米柱结构单元为圆形截面且几何尺寸不同；所述纳米柱结构单元包括基底和设置在所述基底的工作面上的纳米柱。2.如权利要求1所述的一种基于超表面的光学加密系统，其特征在于：所述超表面的基底采用的材料是二氧化硅，所述基底工作面上的纳米柱采用硅材料制成；其中，纳米柱单元的半径为80nm—150nm，高度为100nm—150nm，周期为200nm—450nm。3.如权利要求1所述的一种基于超表面的光学加密系统，其特征在于：所述若干个纳米柱结构单元的几何尺寸包括纳米柱的半径、高度以及超表面单元的周期。4.如权利要求1所述的一种基于超表面的光学加密系统，其特征在于：所述激光器为发射波长范围为430nm
‑
2400nm的超连续谱可调谐激光器，或者是发射特定激光波长为632.8nm的He
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Ne激光器。5.一种基于超表面的光学加密方法，其特征在于，包括：激光器发射的激光经过光场图像后，通过一个光学4f系统，由物镜聚焦到超表面上，将超表面信息加密到光学图像的频域信息中，再经另一物镜出射，使用傅里叶透镜将密文图像还原到空间频域，通过分束镜将携带密文图像的光束分为两路进行成像，分别是密文图像与其傅里叶面的成像；所述超表面为具有圆形截面的纳米柱单元周期性阵列构成，通过改变纳米柱单元的几何尺寸，使得超表面对入射光的幅度和相位进行任意调制；通过对超表面在光学图像的频域中所在位置的选择，实现八个不同信息通道的图像信息复用加密。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯天华，欧阳敏，潘丹平，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：