[發明專利]基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法

有效

• 申請號: 201811037258.3
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109270815B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 鄧娟;鄭國興;何桃桃;鄧聯貴;李子樂;陶金;武霖;劉子晨;毛慶洲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B5/32
• 分類號: G02B5/32;G03H1/00;G02B27/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發明提供了一種基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1.構造混合圖像：對于兩幅圖像，選取每個圖像指定頻率范圍內的信息，并將其進行疊加得到混合圖像；步驟2.基于混合圖像的超表面全息設計：基于工作波長λ，采用電磁仿真軟件，以圓偏光垂直照射納米磚單元基本結構，優化設計出反射交叉偏振轉化效率高、反射同向偏振轉化效率低的納米磚參數；將混合圖像作為超表面陣列的目標全息圖像，用G?S算法進行相位優化；步驟3.構造納米磚陣列實現光學信息隱藏：基于步驟2的設計，將優化后的單個納米磚單元進行排列，即構造出可以實現光學信息隱藏的超表面陣列結構。

技術領域

本發明屬于微納光學領域，具體涉及基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法。

技術背景

超表面材料是一種新型人工結構材料，由于其能精密的操控電磁波的基本特性(振幅，相位和偏振態)，近年來開始受到了國內外學者的廣泛關注，并將其應用于透鏡、渦旋光生成器、全息等光學領域。在眾多的超表面材料中，幾何相位超表面材料具有超強的相位控制能力，其僅僅通過調控納米磚的轉角便能實現連續、任意、精確的相位操控。因此，基于該材料設計的計算全息能再現圖案復雜、分辨率和保真度要求較高的目標圖像(比如發表在Nature Nanotechnology上的論文：Metasurface holograms reaching 80％efficiency)。

混合圖像是指同一幅圖像，在近處和遠處可觀察到不同的內容。這是由于人眼在近處觀察混合圖像時，視覺分辨率較高，會側重于觀察圖像高頻信息；在遠處觀察混合圖像時，視覺分辨率較低，側重于圖像的低頻信息，從而出現一幅圖像呈現兩種觀察結果。

發明內容

本發明目的在于提供一種新型、簡單、易于操作的光學信息隱藏方法，能夠基于人眼觀察目標的特性和圖像的頻率信息，通過構造混合圖像，同時借助于超表面全息來實現光學信息隱藏。

本發明為了實現上述目的，采用了以下方案：

本發明提供一種基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1.構造混合圖像：對于兩幅圖像，選取每個圖像指定頻率范圍內的信息(為避免混淆，各個圖像所選取信息的頻率范圍應盡量不重疊)，并將其進行疊加得到混合圖像；步驟2.基于混合圖像的超表面全息設計：基于工作波長λ，采用電磁仿真軟件，以圓偏光垂直照射納米磚單元基本結構，優化設計出反射交叉偏振轉化效率高、反射同向偏振轉化效率低的納米磚單元參數：單元尺寸C、納米磚的高度H、長度L、寬度W；將混合圖像作為超表面全息的目標圖像，用G-S算法進行相位優化；步驟3.構造納米磚陣列實現光學信息隱藏：基于步驟2的設計，將優化后的單個納米磚單元進行排列，即構造出可以實現光學信息隱藏的超表面陣列結構。

進一步，本發明提供的基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法還可以具有以下特征：在步驟1中，混合圖像式中為待隱藏的圖像l₁經過低頻濾波器濾波后的部分，為圖像l₂經過高通濾波器濾波后的部分。

進一步，本發明提供的基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法還可以具有以下特征：在步驟1中，高通濾波器和低通濾波器都選用高斯濾波器，但不僅限于此。

進一步，本發明提供的基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法還可以具有以下特征：在步驟1中，為了保證信息隱藏的安全性和可用性，需要在設定高通濾波器的高斯核σ^high和低通濾波器的高斯核σ^low時進行參數權衡，選取最優的高斯核參數。具體方法為：首先對混合前的各圖像分別進行頻譜分析，以1/2增益值對應的頻率為初始值，然后結合人眼視覺對比敏感度對參數進行微調。

進一步，本發明提供的基于幾何相位超表面全息的光學信息隱藏方法還可以具有以下特征：超表面陣列優選反射式的SOI材料，三層結構分別為晶體硅納米磚，二氧化硅層，和晶體硅基底，但不僅限于此。