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近日，上海理工大學光子芯片研究院顧敏院士團隊博士后董毅博以第一作者身份在國際知名光學期刊《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews，中科院一區，IF：10.947）上發表了題為“用于防監聽多秘密分享的激光誘導石墨烯全息重構”（Laser-induced graphene hologram reconfiguration for countersurveillance multisecret sharing）的研究成果。光子芯片研究院欒海濤研究員為共同第一作者，顧敏院士、方心遠副教授、陳希教授為共同通訊作者。

光學秘密分享被認為是一種高速度、與光通信兼容的新一代信息加密方式。全息術是光學加密的重要手段之一，通過將加密信息以全息圖的形式存儲在光學元件中，再用適當方法進行讀取是主要的實現形式。但是，現有方法中全息元件的制造存在成本過高、效率過低的問題，并且這些元件可以被反復多次讀取，存在信息被竊聽的隱患。

圖一：激光誘導全息重構原理示意圖

在研究中，團隊提出了一種激光誘導的石墨烯全息重構技術，展示了低成本、高效率、防竊聽的全光秘密分享過程。如圖一所示，一幅預先編碼好的全息圖被寫入氧化石墨烯薄膜中，此時全息圖會呈現一幅虛假信息的圖案，用于迷惑竊聽者。當使用特定密鑰（即激光誘導全息重構）進行解密后，真正包含加密信息的全息圖才會出現。

圖二：激光誘導全息可重構實現多秘密分享

這一重構過程的物理機制由通過激光還原氧化石墨烯所產生的超像素來實現。全息重構過程是一個不可逆的材料變化過程，因此賦予了該加密策略防竊聽的功能：一旦信息在傳遞過程中被竊聽，無論竊聽者是否成功破解信息，都會造成石墨烯的性質變化，人們可以進而及時評估信息的安全性。團隊利用全息算法優化，實現了如圖二中展示的26個信息通道的復用全息重構（即通過不同的密鑰可以解密出不同的信息），提供了更高安全性、更高信息容量的多秘密分享策略。氧化石墨烯是一種可實現低成本制造的碳材料，激光還原氧化石墨烯具有低閾值和高反應速度的特點，因此相比于其他光學加密方案，該研究是一種低成本、高效率和高速的信息加密存儲方式。

未來可以基于一些小型的激光光源，研制類于家用打印機的光學加密設備。氧化石墨烯可以像我們現在使用的紙張一樣，作為信息傳遞的媒介，實現便捷、高安全性的信息寫入和讀取。文章中報道的全息重構技術也為目前基于全息的光學神經網絡的可重構研究提供了一條可行路線。該工作得到了國家自然科學基金委員會和上海市科委等單位的支持。

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上海理工大學提出一種激光誘導的石墨烯全息重構技術