为全息影像和超表面带来角动量

Gabor发明的全息术提供了一种记录和重建物体光的完整信息（即强度和相位）的方法。自发明以来，全息相关技术已广泛应用于光学显示、成像、数据存储、加密和计量等众多领域。 e1E_$oJP  
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在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由湖南大学的胡跃强教授和慧高教授以及深圳大学的谢振伟教授领导的科学家团队开发了一种独特的方法，用于应用角动量（AM）全息技术进行信息复用。 ^'M^0'_"v  
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基于空间光调制器（SLM）等传统光学器件的全息技术存在分辨率低、视场小等缺点，阻碍了其实际应用。另一方面，科学家可以通过用超表面代替传统组件来获得高分辨率、超薄厚度和高性能的对应物。 =[!(s/+>L  
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超表面由纳米级散射的二维亚波长阵列组成，允许操纵具有多个自由度（DoF）的光。它为光复用全息提供了新一代多功能平台。 ma@V>*u  
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在这种情况下，光的不同物理维度，如波长、入射角、偏振状态（SoP）和时间，已被利用为全息系统的独立信息通道。在几乎耗尽了用于多路复用全息的现有物理维度之后，光的AM维度已成为一个新的机会。
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光学AM是光子的量子力学描述，在经典和量子光学领域推动了许多应用，包括光学镊子，自旋霍尔效应和量子显微镜。AM分为轨道角动量（OAM）和自旋角动量（SAM）。 Gos#=H  
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使用动量空间中全息图的适当空间频率采样，OAM已被实现为光学全息的独立信息载体。OAM多路复用全息术由于无限螺旋模式和固有正交性而显示出前所未有的光学信息处理能力。线性偏振通道被添加到OAM相关的全息中，进一步增强了信息容量。SAM还被探索用于多路复用全息术，范围从自旋依赖到自旋解耦。 yvzH}$!]  
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已经为产生全偏振矢量全息术做出了许多努力。由于能够控制庞加莱球（PS）上的任意偏振矢量，原则上可以提供无限的复用通道，显示出大容量光加密的巨大潜力。将SAM维度添加到现有的OAM多路复用全息术中并同时对全偏振矢量进行空间操作尚未得到研究。 IQtQf_"e1  
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最直观的设计方法是分割或交错几种元原子，每种元原子对应于特定的功能。这种方法将限制其效率并引入不良的交叉对话。为了克服这些缺点，由非交错元原子组成的超表面将是一个很好的选择。然而，使用交错或非交错策略实现AM全息术仍然难以捉摸。 l4U*Lv>   
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研究团队在理论上和实验上证明了基于SAM和OAM通过极简超表面完全协同作用的AM全息范式。AM全息术的设计方法依赖于独立控制两个自旋特征态，并在每个操作通道中任意叠加它们。因此，这在空间上随意调制了产生的波形。 {~FPvmj&  
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研究小组展示了一种AM元全息图，可以重建两组不同的全息图像来证明这一概念。这些是自旋轨道锁定（SOL）和自旋叠加（SS）的，导致由入射AM确定的多维和多通道全息。多通道AM元全息图提供了额外的安全锁，使我们能够构建先进的光学嵌套加密平台，以彻底改变现有数据容量有限或安全性低的光学加密方案。 9$e$L~I#u  
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在光学嵌套加密策略中，采用SOL和SS全息图像按特定顺序对光学信息进行加密和解密，使编码后的信息不受某些暴力攻击。 PH:5  
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嵌套加密方案理论上拥有来自AM全息的无限信息通道，满足了日益增长的并行高安全性信息传输需求。值得注意的是，该设计策略是通用的，可以扩展以实现其他波形整形功能，例如空间结构光生成和偏振结。 y9/nkF1p  
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