[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

说明书

本发明公开了一种基于三通道超表面移位加密系统及其设计方法，配合不同纳米砖的结构色以及不同起检偏器组合下的强度调制，能够用一个超表面器件实现三幅二值图像显示，三幅二值图像通过移组合能够组成三幅八台阶灰度图，将其输入到特定的解码装置能够得到隐藏信息，从而实现高安全性的三通道超表面移位加密系统。

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种基于三通道超表面移位加密系统及其设计方法。

背景技术

随着科技的发展，信息安全已成为人们普遍的诉求。超表面具有强大的光波操控能力且体积小重量轻，从而在信息加密方面发挥着巨大作用。然而现在的超表面加密系统工作通道单一，信息容量低，加密元件单一，且多数是基于对超表面的直接观测来解码信息，其安全性与可靠性都有待提升。针对上述问题，本发明采用设计出三通道超表面，能够在百微米级尺寸上设计出三个二值图像。通过结合模拟退火算法，对每个二值图像进行优化，使其三种位数排列组合均能被空间光调制器解码出图案，这种非直接观测式的解码方法具有高安全性的特点。此外，三幅图像的同或操作能够解码出防伪标签，有效保证了信息的可靠性。

发明内容

为了显著提高信息安全性和可靠性，本发明设计提供一种能够在不同入射条件下显示三幅二值图像的超表面材料。且利用模拟退火算法优化，三幅二值图像的同或操作能够得到防伪标签，用于验证信息真实性。对三幅二值图像进行三比特移位操作，并借助空间光调制器可以得到隐藏在频域中的真正图像。本发明首次利用三比特二进制数的移位操作实现了非直接观测式图像加密。本发明可广泛应用于信息加密、信息存储、信息防伪等领域。

本发明的目的之一在于提供一种基于三通道超表面的移位加密系统。结合马吕斯定律以及光谱光学及其设计方法，所设计得到的三通道超表面能够在三种入射条件下观察到三幅不同的二值图像，且图像面积是百微米量级，具有高安全性、高信息密度的特点。此外，利用模拟退火算法优化，三幅图像的不同组合能够解码出不同信息。

为实现上述目的，本发明提供的的技术方案如下：

第一方面，本发明提供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)；