[发明专利]基于三通道超表面的移位加密系统及其设计方法

权利要求书

1.一种基于三通道超表面的移位加密系统的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：优化具有起偏器特性的纳米砖单元结构：确定工作波长λ，通过电磁仿真软件优化两种不同大小纳米砖单元结构即纳米砖a和纳米砖b的尺寸参数，优化具有起偏器特性的纳米砖单元结构，使得在同一工作波长下的线偏光正入射至所述纳米砖单元结构时，对两种不同大小的砖而言，沿长轴偏振的分量全部反射，沿短轴偏振的分量全部透射；所述纳米砖单元结构由基底和刻蚀在所述基底上的纳米砖构成；所述纳米砖单元结构的尺寸参数包括纳米砖的长度L、宽度W、高度H、单元结构中心间隔C；

S2：选定三幅二值图像I_A，I_B，I_C的灰度分布；通过模拟退火算法优化，使其具有以下特点：1)三幅二值图像的同或操作能够得到二值图像I_D，I_D为真实信息的防伪标签；2)对I_A，I_B，I_C分别赋予三比特二进制数的不同位，从而得到三幅八台阶灰度图：

I_E1＝2²·I_A+2¹·I_B+2⁰·I_C  (1)；

I_E2＝2²·I_B+2¹·I_C+2⁰·I_A  (2)；

I_E3＝2²·I_C+2¹·I_A+2⁰·I_B  (3)；

而将这三幅图输入到特定空间光调制器SLM才能得到真实信息，即：

将I_E1，I_E2，I_E3输入到空间光调制器，即可得到全息图I_F1，I_F2，I_F3；通过以上设计方法，该加密系统能够以极高安全性与可靠性实现图像编码；

S3：设计纳米砖转角排布：根据步骤S1可知，两种不同大小的纳米砖a和纳米砖b在工作波长为λ均等效为一个起偏器；将工作波长设置为λ，根据入射线偏光依次经过纳米单元结构和检偏器后的出射光强公式：

设置两种起偏器、检偏器的转角组合；当起偏器转角π/2，检偏器转角为0时，出射光的光强表达式为：I_A＝I₀sin²2θ；当起偏器转角为-π/8，检偏器转角为3π/8时，出射光的光强表达式为：当纳米砖转角为1π/16时，I_A，I_B的灰度分别近似等效为0,1；当纳米砖转角为3π/16时，I_A，I_B的灰度分别近似等效为1，1；当纳米砖的转角为5π/16时，I_A，I_B的灰度分别近似等效为1，0；当纳米砖转角为7π/16时，I_A，I_B的灰度分别近似等效为0，0；这样，对每个纳米砖而言，都有4个转角选择以满足两幅二值图像I_A，I_B的所有灰度组合，4＝2²，即通过合理地选择纳米砖的转角，能在上述二种入射条件下观察到二幅不同的二值图像；

S4：设计纳米砖大小排布：由于两种不同大小的纳米砖具有不同的光谱响应，因此当自然光正入射时会呈现出不同的颜色；根据二值图像I_C的灰度分布决定纳米砖的大小排布，当I_C的像素点灰度为1时选定纳米砖a，当I_C的像素点灰度为0时选定纳米砖b。