[发明专利]一种基于超表面材料的三重光学加密方法

说明书

本发明公开了一种基于超表面材料的三重光学加密方法，它以超表面起偏器为载体，超表面由多个尺寸相同、转角不同的纳米砖结构单元阵列于一平面上构成，将阵列中每个纳米砖结构单元都等效为一个起偏器，设计构建两种具有不同解密难度等级的出射光强度调制函数，分别编码伪装信息和真实信息。本发明在光学加密技术中引入伪装信息的概念，与真实信息设置在不同的解码难度，可提升加密的安全性。本发明方法不仅具有很强的原创性和新颖性，而且还具有扩展性，由于设计方法巧妙，所用结构简单，因此非常易于扩展到其他波段和光学平台。此外由于超表面体积小、重量轻、可高度集成，因此本发明也非常适合于未来小型化、微型化、便携式光学加密技术的发展。

技术领域

本发明属于微纳光学和偏振光学技术领域，尤其涉及一种基于超表面材料的三重光学加密方法。

背景技术

随着计算机技术的不断发展，人们几乎一切都与互联网密切相关。因此无论是现在还是在不久的将来，信息安全和认证都极具挑战性。一个提高安全性的通用方法就是信息加密技术。在众多加密技术中，光学加密技术由于具有多维密钥空间、天然的快速并行处理大容量的数据，多种调控自由度等优势，得到越来越多人的重视。超表面材料作为一种人造的、强大的二维平面结构材料，为光学信息加密提供了一种新的实现途径。基于超表面材料的光学加密技术，如超表面全息术，超表面纳米印刷术等，极大的丰富了光学加密的研究内涵。本发明基于超表面材料，提出了一种新的三重光学加密技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超表面材料的三重光学加密方法。本发明通过排布相同尺寸的多个纳米砖结构单元的转向角，可以在一片超表面上同时编码一幅灰度均匀图像、一幅连续灰度图和一副二值图。其中灰度均匀图像和连续灰度图为预设的伪造信息，另一幅二值图为真实的信息。伪造信息和真实信息具有不同的解码难度，因此可以保证即便伪造信息被解密，真实信息仍然安全。预设的第二伪造信息，也被隐藏在第一伪造信息中，需要秘钥才能解密。因此，真实信息被三重加密，具有很高的安全性。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于超表面材料的三重光学加密方法，超表面由多个尺寸相同的纳米砖结构单元阵列于一平面上构成，将阵列中每个纳米砖结构单元都等效为一个起偏器，以超表面的纳米砖起偏器为载体，当光垂直入射至超表面或者在光路中引入滤光片时，由于多个纳米砖具有相同尺寸(即超表面的多个纳米砖具有相同尺寸)，仅能看到一片强度均匀的图像，这就构成了第一伪装信息；在入射光路中引入滤光片的同时，还可以引入起偏器来构建第一出射光强度调制函数，用于编码第二码伪装信息；然后在出射光路中再引入检偏器，可进一步构建第二出射光强度调制函数，用于编码真实信息。由此设计构建出的两种伪装信息和一种真实现象具有不同解密难度等级，且真实信息被编码在最高解码难度中，因此可以实现三重加密。

进一步地，所述第一伪装信息为灰度均匀图像，第二伪装信息可以为灰度图像或二值图像，真实信息为二值图像。

超表面结构由透明基底和沉积在其上的纳米砖阵列构成。当直接观测超表面时，只能看到一片均匀的灰度，没有任何信息，这就构成了第一伪装信息。当在光路中加入一个滤光片和一个起偏器，并将起偏器转动到特定位置，可借助放大系统，在超表面材料结构的表面，观察到另一个伪造信息。即便在[0,180°]的角度范围内转动起偏器，也观察不到真实信息。只有在出射光路中再加入一个检偏器，并且同时转动起偏器和检偏器到特定的角度，才能观察到真实信息。

所述纳米砖结构单元包括透明基底和纳米砖，透明基底放置于所述平面上，纳米砖沉积于透明基底上；纳米砖结构单元的转向角为θ，θ取值范围为[0,180°]；所述透明基底沉积有纳米砖的一面为边长为C的正方形工作面，边长C为亚波长级；所述纳米砖长L、宽W和高H均为亚波长级；所述L、W和H根据选定的入射光波长通过电磁仿真优化得到；以单元结构直角边为x轴和y轴建立xoy坐标系，纳米砖长边为长轴、短边为短轴，纳米砖的长轴与x轴夹角为纳米砖的转向角θ。