上海理工大學提出一種激光誘導的石墨烯全息重構技術

近日，上海理工大學光子芯片研究院顧敏院士團隊博士後董毅博以第一作者身份在國際知名光學期刊《激光與(yu) 光子學評論》（Laser & Photonics Reviews，中科院一區，IF：10.947）上發表了題為(wei) “用於(yu) 防監聽多秘密分享的激光誘導石墨烯全息重構”（Laser-induced graphene hologram reconfiguration for countersurveillance multisecret sharing）的研究成果。光子芯片研究院欒海濤研究員為(wei) 共同第一作者，顧敏院士、方心遠副教授、陳希教授為(wei) 共同通訊作者。

光學秘密分享被認為(wei) 是一種高速度、與(yu) 光通信兼容的新一代信息加密方式。全息術是光學加密的重要手段之一，通過將加密信息以全息圖的形式存儲(chu) 在光學元件中，再用適當方法進行讀取是主要的實現形式。但是，現有方法中全息元件的製造存在成本過高、效率過低的問題，並且這些元件可以被反複多次讀取，存在信息被竊聽的隱患。

圖一：激光誘導全息重構原理示意圖

在研究中，團隊提出了一種激光誘導的石墨烯全息重構技術，展示了低成本、高效率、防竊聽的全光秘密分享過程。如圖一所示，一幅預先編碼好的全息圖被寫(xie) 入氧化石墨烯薄膜中，此時全息圖會(hui) 呈現一幅虛假信息的圖案，用於(yu) 迷惑竊聽者。當使用特定密鑰（即激光誘導全息重構）進行解密後，真正包含加密信息的全息圖才會(hui) 出現。

圖二：激光誘導全息可重構實現多秘密分享

這一重構過程的物理機製由通過激光還原氧化石墨烯所產(chan) 生的超像素來實現。全息重構過程是一個(ge) 不可逆的材料變化過程，因此賦予了該加密策略防竊聽的功能：一旦信息在傳(chuan) 遞過程中被竊聽，無論竊聽者是否成功破解信息，都會(hui) 造成石墨烯的性質變化，人們(men) 可以進而及時評估信息的安全性。團隊利用全息算法優(you) 化，實現了如圖二中展示的26個(ge) 信息通道的複用全息重構（即通過不同的密鑰可以解密出不同的信息），提供了更高安全性、更高信息容量的多秘密分享策略。氧化石墨烯是一種可實現低成本製造的碳材料，激光還原氧化石墨烯具有低閾值和高反應速度的特點，因此相比於(yu) 其他光學加密方案，該研究是一種低成本、高效率和高速的信息加密存儲(chu) 方式。

未來可以基於(yu) 一些小型的激光光源，研製類於(yu) 家用打印機的光學加密設備。氧化石墨烯可以像我們(men) 現在使用的紙張一樣，作為(wei) 信息傳(chuan) 遞的媒介，實現便捷、高安全性的信息寫(xie) 入和讀取。文章中報道的全息重構技術也為(wei) 目前基於(yu) 全息的光學神經網絡的可重構研究提供了一條可行路線。該工作得到了國家自然科學基金委員會(hui) 和上海市科委等單位的支持。

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