上理工团队研发出世界首个超宽带光学全息技术同一把全息锁解码出不同信息

　　同一份加密全息数据利用不同的“光钥”解码，就能显示出截然不同的全息图像？上海理工大学顾敏院士团队研发的轨道角动量全息技术，让这一场景成为可能。据悉，该团队创造性地利用轨道角动量光束作为光学全息过程中的信息载体，实现了世界上首个超宽带光学全息过程，为大数据信息时代提供了大容量全息术。相关科研成果日前发表在光学顶尖期刊《自然—光子学》上。

　　在论文通讯作者、中国工程院外籍院士顾敏看来，随着大数据存储能耗越来越大，光存储技术有着巨大的应用前景，“只要电子技术可以做的，光都可以替代。”除了寿命长、耗能低之外，光存储技术还有着存储能力高的特点。由于光的角动量属性，利用最新发现的轨道角动量全息技术，相同内存能将图片信息存储能力提高100倍，这为大数据时代的大容量全息技术打下基础。

　　论文第一作者、上理工光电信息与计算机工程学院特聘研究员方心远说，传统全息显示技术中，只能通过增加信号源来提升信息通道的数目，以实现复杂的显示效果。这种情况下，往往会出现带宽不够、分辨率不高等情况。研究发现，“螺旋程度”不同的轨道角动量光对应同一信号源不同的信息通道。结合纳米光子学技术，将来人们可以仅利用一个纳米级的信号源，便可实现超宽带全息显示效果。

　　大容量存储能力只是这项技术的优势之一。顾敏说，它的“硬”实力还在于创造性地为全息技术加装一把安全“锁”。“传统意义上，一把全息‘锁’只有一种解码方式，而我们的研究把螺旋光配成多把‘钥匙’，可用同一把全息‘锁’解码出不同的信息。收信人根据手里的‘光钥’，解读出只有他自己才能看到的最终信息，这就确保了信息传递的安全性。”

　　螺旋光束能不能在全息场景下携带信息？去年，拿到顾敏布置的这项“作业”后，方心远的第一反应是：这不可能。原来，这一课题按现有原理来推算，是根本不可能实现的一种假设。

　　“要不试试，让布拉格衍射定律在傅里叶空间延伸？”一个月后，方心远打破自己的结论，有了新的灵感。过去，光的衍射和螺旋光束完全不沾边，而由于傅里叶空间的轨道角动量伪色散关系，螺旋光成了可操控的同心圆。“这是研究最妙的地方，可以说是实现了科学上0到1的突破。”顾敏说。

　　这项技术在未来如何应用？据介绍，轨道角动量全息技术在人工智能、三维显示、数字全息显微技术、数据存储、人工神经网络、精准医疗等多个领域大有可为。此外，这一技术还可应用在量子光学领域，为信息交互提供前所未有的安全保障。