新型超表面技術(shù)可控制光線以實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸

與傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)相比，超表面技術(shù)使用納米級人工結(jié)構(gòu)提供更先進、更輕便、更精確的光控制。KAIST 的研究人員開發(fā)了一種Janus超表面，能夠精確管理不對稱光傳輸，解決了現(xiàn)有超表面技術(shù)的局限性。該研究發(fā)表在 Advanced Materials 上。

KAIST 研究團隊還提出了一種新方法，通過限制使用該技術(shù)解碼信息的條件來顯著增強安全性。在材料科學(xué)與工程系Jonghwa Shin教授的領(lǐng)導(dǎo)下，該團隊開發(fā)了一種能夠精確調(diào)節(jié)不對稱光傳輸?shù)腏anus超表面。

具有非對稱傳輸功能的器件原理圖。a） 用作背面照明放大鏡的設(shè)備。b） 用作正面照明偏振相機的設(shè)備。

響應(yīng)隨方向變化的不對稱特性在各種科學(xué)和工程領(lǐng)域都至關(guān)重要。他們創(chuàng)造的Janus超表面的工作原理類似于雙面羅馬神 Janus，根據(jù)入射光的方向顯示出完全不同的光學(xué)響應(yīng)。這允許單個超表面根據(jù)光線的方向執(zhí)行不同的光學(xué)任務(wù)，例如在一個方向上用作偏振相機，在另一個方向上用作放大鏡。

換句話說，根據(jù)光線的方向，這項技術(shù)可以運行兩個不同的光學(xué)系統(tǒng)（例如透鏡和全息圖）。

這一突破 解決了超表面技術(shù)長期存在的局限性，允許根據(jù)光的入射方向精確控制光的強度、相位和偏振。以前的超表面缺乏這種能力。KAIST 研究團隊成功地在兩個方向上實現(xiàn)了各種矢量全息圖，展示了一個功能齊全的非對稱光傳輸控制系統(tǒng)。

該團隊還利用這項技術(shù)開發(fā)了一種新穎的光學(xué)加密方法。他們創(chuàng)建了一個光學(xué)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許僅在特定條件下解碼信息，從而顯著提高安全性。通過使用Janus超表面，他們生成了矢量全息圖，這些全息圖會根據(jù)入射光的方向和偏振生成不同的圖像。

這項技術(shù)有可能成為安全數(shù)據(jù)傳輸和量子通信等應(yīng)用的下一代安全解決方案。此外，超表面的超薄結(jié)構(gòu)有望減輕傳統(tǒng)光學(xué)器件的重量和體積，支持更緊湊、更輕便的下一代電子產(chǎn)品的開發(fā)。

韓國科學(xué)技術(shù)院材料科學(xué)與工程系教授Jonghwa Shin：“這項研究實現(xiàn)了對光的強度、相位和偏振的完全不對稱傳輸控制，這一直是光學(xué)領(lǐng)域長期面臨的挑戰(zhàn)。它為開發(fā)各種應(yīng)用光學(xué)器件開辟了可能性。我們計劃充分利用超表面技術(shù)的潛力，繼續(xù)開發(fā)可應(yīng)用于各種領(lǐng)域的光學(xué)設(shè)備，例如增強現(xiàn)實 （AR）、全息顯示器和自動駕駛汽車的 LiDAR 系統(tǒng)。”

這項研究由 Hyeonhee Kim（韓國科學(xué)技術(shù)院材料科學(xué)與工程系博士生）和 Joonkyo Jung 共同第一作者，由韓國國家研究基金會的納米材料技術(shù)開發(fā)計劃和中期職業(yè)研究人員計劃資助。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202406717