[发明专利]一种全息元件的构造方法、加解密方法、全息元件及装置

说明书

本发明公开了一种全息元件的构造方法、加解密方法、全息元件及装置，涉及微纳光学技术领域。全息元件的构造方法包括：将至少二幅特征图像叠加得到的混合频率信息图像作为目标影像，每幅特征图像包含对不同的原始图像进行高通滤波处理后得到的高频信息或者进行低通滤波处理后得到的低频信息；根据目标影像和选定的偏振光的工作波长，优化设计几何相位超表面全息元件，在全息再现影像的指定观测距离上观测到特征图像。本发明利用包含高频信息和/或低频信息的目标影像，使得仅仅通过改变观测距离便能获得包含不同频率信息的特征图案，给光学信息的加密提供一种新的自由度。

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，具体是涉及一种全息元件的构造方法、加解密方法、全息元件及装置。

背景技术

近年来，超表面材料(metasurfaces)以其独特的光学性质被相继应用于全息、透镜、光束整形等领域。由于光波的偏振、振幅和相位等特性能够给光学信息加密技术提供多个自由度，基于超表面材料的光学信息加密被认为具有很强的发展潜力，但是仅仅利用光波的偏振或者波长特性限制了加密信息的容量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种全息元件的构造方法、加解密方法、全息元件及装置，利用包含高频信息和低频信息的目标影像，使得仅仅通过改变观测距离便能获得包含不同频率信息的特征图案，给光学信息的加密提供一种新的自由度。

本发明提供一种全息元件的构造方法，其包括：

将至少二幅特征图像叠加得到的混合频率信息图像作为目标影像，每幅特征图像包含对不同的原始图像进行高通滤波处理后得到的高频信息或者进行低通滤波处理后得到的低频信息；

根据目标影像和选定的偏振光的工作波长，优化设计几何相位超表面全息元件，在全息再现影像的指定观测距离上观测到所述特征图像。

在上述技术方案的基础上，所述高通滤波和低通滤波均为高斯滤波。

在上述技术方案的基础上，所述滤波处理的截止空间频率为： f₀＝f_1/2；或者，f₀＝f_1/2+Δ，其中，f₀为截止空间频率，f_1/2为所述原始图像的频谱分析结果中1/2增益值对应的空间频率，Δ为预定的空间频率调整范围。

在上述技术方案的基础上，所述指定观测距离根据所述全息再现影像的大小、所述截止空间频率和视觉对比敏感度函数确定。

在上述技术方案的基础上，所述偏振光为左旋圆偏振光、右旋圆偏振光或者线性偏振光。

在上述技术方案的基础上，所述全息元件包括基底层以及基底层上的纳米单元阵列；

所述全息元件的优化设计方法包括：

采用电磁仿真法优化所述全息元件的结构参数；

采用G-S优化算法确定所述全息元件的相位分布，使得具有所述工作波长的偏振光垂直入射全息元件时，出射光形成所述全息再现影像；

根据相位分布确定所述纳米单元阵列的排列方式。

在上述技术方案的基础上，所述原始图像包括字符、图案和几何图形中的至少一种。

本发明还提供一种全息元件，其包括：

基底层；

纳米单元阵列，其包括由多个排列在基底层上的纳米单元形成的纳米单元阵列，纳米单元阵列是根据目标影像以及选定的偏振光的工作波长优化设计得到的，当具有工作波长的偏振光垂直入射纳米单元阵列时，在全息再现影像的指定观测距离上观测到目标影像中的特征图像；