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近日，上海理工大學(xué)光子芯片研究院顧敏院士團(tuán)隊(duì)博士后董毅博以第一作者身份在國(guó)際知名光學(xué)期刊《激光與光子學(xué)評(píng)論》（Laser & Photonics Reviews，中科院一區(qū)，IF：10.947）上發(fā)表了題為“用于防監(jiān)聽多秘密分享的激光誘導(dǎo)石墨烯全息重構(gòu)”（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(yuǎn)副教授、陳希教授為共同通訊作者。

光學(xué)秘密分享被認(rèn)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(shù)是光學(xué)加密的重要手段之一，通過(guò)將加密信息以全息圖的形式存儲(chǔ)在光學(xué)元件中，再用適當(dāng)方法進(jìn)行讀取是主要的實(shí)現(xiàn)形式。但是，現(xiàn)有方法中全息元件的制造存在成本過(guò)高、效率過(guò)低的問(wèn)題，并且這些元件可以被反復(fù)多次讀取，存在信息被竊聽的隱患。

圖一：激光誘導(dǎo)全息重構(gòu)原理示意圖

在研究中，團(tuán)隊(duì)提出了一種激光誘導(dǎo)的石墨烯全息重構(gòu)技術(shù)，展示了低成本、高效率、防竊聽的全光秘密分享過(guò)程。如圖一所示，一幅預(yù)先編碼好的全息圖被寫入氧化石墨烯薄膜中，此時(shí)全息圖會(huì)呈現(xiàn)一幅虛假信息的圖案，用于迷惑竊聽者。當(dāng)使用特定密鑰（即激光誘導(dǎo)全息重構(gòu)）進(jìn)行解密后，真正包含加密信息的全息圖才會(huì)出現(xiàn)。

圖二：激光誘導(dǎo)全息可重構(gòu)實(shí)現(xiàn)多秘密分享

這一重構(gòu)過(guò)程的物理機(jī)制由通過(guò)激光還原氧化石墨烯所產(chǎn)生的超像素來(lái)實(shí)現(xiàn)。全息重構(gòu)過(guò)程是一個(gè)不可逆的材料變化過(guò)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(guò)程中被竊聽，無(wú)論竊聽者是否成功破解信息，都會(huì)造成石墨烯的性質(zhì)變化，人們可以進(jìn)而及時(shí)評(píng)估信息的安全性。團(tuán)隊(duì)利用全息算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了如圖二中展示的26個(gè)信息通道的復(fù)用全息重構(gòu)（即通過(guò)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(shí)現(xiàn)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(yīng)速度的特點(diǎn)，因此相比于其他光學(xué)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(chǔ)方式。

未來(lái)可以基于一些小型的激光光源，研制類于家用打印機(jī)的光學(xué)加密設(shè)備。氧化石墨烯可以像我們現(xiàn)在使用的紙張一樣，作為信息傳遞的媒介，實(shí)現(xiàn)便捷、高安全性的信息寫入和讀取。文章中報(bào)道的全息重構(gòu)技術(shù)也為目前基于全息的光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)研究提供了一條可行路線。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和上海市科委等單位的支持。

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上海理工大學(xué)提出一種激光誘導(dǎo)的石墨烯全息重構(gòu)技術(shù)