近日，东南大学机械工程学院张辉/朱一凡教授团队在加密声学全息通讯领域取得重要进展，其研究成果以“Amplitude-Phase Dual-Channel Encrypted Acoustic Meta-Holograms”为题在线发表于材料领域著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。
图1.幅值-相位双通道加密声超全息示意图。
近年来，声学超全息技术受到了极大关注，因为它能够利用声学超材料/超表面对声波进行特殊操控，例如声波异常折射与反射、声聚焦、弯曲声束、声扩散等，从而将声场投射成任意形状和投射到任意位置。声学全息图像中最受关注的物理量是声波振幅（或强度），它表示声音能量的空间分布，可应用于微粒操控，声场重建或超声波治疗等。在传统的声全息技术中，全息图的相位分布是微不足道的，通常不会影响物理效果。然而，在信息通信方面，我们可以将全息图像作为需要传递的信息，因此其物理效应并不重要。在这种情况下，相位则是一种有价值的信息载体，其分布与振幅一样包含信息，振幅和相位可以是两个独立的信息通道。目前，综合、全面地使得声全息技术成为声通讯的一项成熟技术手段仍是一个具有挑战性的难题。另一方面，作为通信安全的重要保证，信息的加密与解密方式是至关重要的。目前对于声全息图像传输过程中的加密手段的研究也十分有限。
图2. 通过引入幅值-相位双通道随机数矩阵对原始图像信息进行加密。
针对这一挑战，张辉/朱一凡教授团队基于可独立调制反射声波幅值与相位的超表面对双信道全息图像进行加密与解密。由于直接传输的双通道全息图像信息具有耦合性，即幅值与相位信道图像互相耦合造成信息泄漏，直接威胁通讯安全。通过加密超表面对幅值和相位信道引入随机数矩阵，从而使得加密声场中的全息图变为乱码（图2）。在加密声场中的工作位置放入相应信道的密钥超表面即可还原重建原始全息图像信息。不同信道的密钥超表面只能解密得到各自信道的原始图像信息，不会出现信道耦合造成信息泄漏（图3），从而实现双通道超全息信息解密：相位通道读取字母“ME”（图3b）, 幅值通道读取字母“SEU” （图3e）。
图3. 相位信道密钥与幅值信道密钥解密重建声场全息图像信息
东南大学博士研究生曾昊晗为第一作者，东南大学为第一通讯单位，东南大学张辉教授、朱一凡教授、南京理工大学阚威威副教授、法国国家科学研究中心Badreddine Assouar教授为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划，国家/江苏省自然科学基金，江苏省科协青年科技人才托举工程以及江苏省研究生科研与实践创新计划项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202405132