近日，上海理工大學(xué)顧敏院士、方心遠(yuǎn)研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞、美國(guó)等頂尖實(shí)驗(yàn)室，在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表題為“超窄線寬波長(zhǎng)-渦旋復(fù)用超表面全息術(shù)”（“Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography”）的研究論文。該技術(shù)將人工智能技術(shù)與超表面全息術(shù)相結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了單張全息圖重建118幅獨(dú)立圖像，創(chuàng)下入射光2納米的超窄線寬紀(jì)錄，更為光學(xué)加密技術(shù)樹立新標(biāo)桿。論文第一作者是智能科技學(xué)院孟維佳同學(xué)與美國(guó)華盛頓大學(xué)Johannes E. Fr?ch博士。論文通訊作者為上海理工大學(xué)顧敏院士、方心遠(yuǎn)研究員以及澳大利亞莫納什大學(xué)任浩然研究員。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》子刊上
Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：給光戴上“智能濾鏡”
如何讓一張全息圖承載上百幅圖像？研究團(tuán)隊(duì)給出的答案是“AI賦能光學(xué)設(shè)計(jì)”。傳統(tǒng)全息圖設(shè)計(jì)依賴低效率的迭代優(yōu)化算法，團(tuán)隊(duì)利用Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)單張純相位全息圖進(jìn)行全局優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用于具有寬波段響應(yīng)能力的納米超表面全息圖，使其能夠同時(shí)感受入射光波長(zhǎng)與軌道角動(dòng)量的雙重變化。簡(jiǎn)單來說，就像為光波打造了“智能篩網(wǎng)”，僅允許特定顏色和螺旋程度的光通過，從而在可見光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了2納米超窄線寬的高精度篩選。“AI為光雕刻出118把不同的鑰匙，每把鑰匙只能打開特定的信息寶庫(kù)?！泵暇S佳比喻道。實(shí)驗(yàn)顯示，該技術(shù)的信息加密安全性較傳統(tǒng)方法提升超過2500倍，即使截獲全息圖，若未掌握密鑰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與渦旋參數(shù)組合，也無法破解原始信息。這種“視覺密碼術(shù)”已在高安全級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、防偽標(biāo)識(shí)等領(lǐng)域展現(xiàn)應(yīng)用潛力。
跨國(guó)協(xié)作：科研突破中的“科學(xué)無國(guó)界”實(shí)踐
這項(xiàng)研究的背后，是一支橫跨三大洲的科學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，由上海理工牽頭，澳大利亞莫納什大學(xué)、美國(guó)華盛頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的專家們跨越時(shí)區(qū)壁壘，云端協(xié)作攻克技術(shù)難關(guān)。通過“虛擬實(shí)驗(yàn)室”共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用跨國(guó)設(shè)備接力完成超表面制備與測(cè)試?！熬拖裼萌蛑腔燮闯鲆粡埻昝廊D，”方心遠(yuǎn)研究員感慨道。這種無國(guó)界科研模式，不僅驗(yàn)證了超窄線寬超表面全息作為光學(xué)密碼鎖的可行性，更凸顯了國(guó)際合作在科研中的重要性以及在重大科研突破中體現(xiàn)的中國(guó)主導(dǎo)力。
波長(zhǎng)-渦旋復(fù)用超表面全息概念圖
從“零”到“一”：智能科技學(xué)院交出首位博士培養(yǎng)成績(jī)單
孟維佳目前已順利完成博士畢業(yè)論文答辯，將是智能科技學(xué)院自成立以來的首位博士畢業(yè)生，他的成長(zhǎng)軌跡印證了學(xué)院“精益求精”的培養(yǎng)理念。超表面全息術(shù)作為納米光子學(xué)的前沿領(lǐng)域，設(shè)計(jì)涉及復(fù)雜的光場(chǎng)調(diào)控與納米級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。而孟維佳在導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，創(chuàng)新性地引入人工智能技術(shù)，攻克了傳統(tǒng)方法難以逾越的壁壘?！八难芯孔C明，我們不僅能培養(yǎng)人才，更能培養(yǎng)定義未來技術(shù)方向的領(lǐng)軍者。”顧敏院士評(píng)價(jià)道。這一成果也標(biāo)志著學(xué)院在交叉學(xué)科人才培養(yǎng)上邁出里程碑式一步，為后續(xù)“光學(xué)人工智能”研究奠定人才基石。
研究團(tuán)隊(duì)合影
未來已來：從“視覺密碼鎖”到光學(xué)人工智能
研究團(tuán)隊(duì)已將該技術(shù)應(yīng)用于全息視覺加密，開發(fā)出“所見非所得”的動(dòng)態(tài)密碼系統(tǒng)。例如，用特定波長(zhǎng)激光照射超表面時(shí)，看似無序的光斑會(huì)瞬間自組織成二維碼或三維動(dòng)態(tài)圖像，而其他波段光源僅顯示干擾圖案。這種“光學(xué)指紋”驗(yàn)證技術(shù)，可應(yīng)用于國(guó)防安全與金融防偽領(lǐng)域。更長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，團(tuán)隊(duì)正探索將超表面與光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，利用其并行處理光信號(hào)的特性，構(gòu)建比現(xiàn)有電子芯片快千倍的光學(xué)人工智能芯片。
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adt9159?af=R
供稿：智能科技學(xué)院
