韩国科研团队利用光的角动量实现全息加密新突破

一项来自韩国的全息技术突破，正在为光学安全与光通信领域打开全新的想象空间。韩国科学技术院（KAIST）材料科学与工程系教授申钟华（Jonghwa Shin）领衔的研究团队，开发出一套以光的运动状态作为加密密钥的全息系统，相关成果已发表于国际期刊《先进材料》（Advanced Materials）。

这项研究的核心，是一种被称为矢量全息元超表面的新型光学器件。该器件利用光的全角动量（TAM）来控制信息的访问权限——只有当入射光同时具备特定的振动方向（偏振）和的螺旋扭转数（轨道角动量）时，器件才会响应并显示对应的三维图像。这一机制犹如一把需要同时拨对两组密码的组合锁，缺少任何一个条件，受保护的信息便无从读取。

要理解这一突破的意义，需要回顾光学研究的发展脉络。长期以来，学界对光的特性研究往往聚焦于单一维度：要么研究偏振——即光波的振动方向，要么研究轨道角动量（OAM）——即光束的螺旋旋转状态。如何在同一个微型器件上同时、独立地操控这两种属性，始终是光学工程领域的技术壁垒。申钟华团队的工作，正是在这一"卡脖子"问题上实现了关键突破。

从工艺层面看，研究团队设计了一种双层纳米结构，通过将两层精密加工的纳米天线阵列叠加堆叠，使得器件能够对光的偏振与扭转状态进行同步调控。这种结构的精妙之处在于：只有当光束携带的偏振模式与扭转数同时符合预设参数时，系统才会"开锁"，呈现出对应的全息影像；任何不匹配的光束都将被拒之门外，无法解读隐藏信息。这种高度特异性的响应机制，从原理上就筑起了一道极难突破的安全屏障。

在数据传输层面，这一技术同样潜力巨大。由于轨道角动量的取值理论上可以在极大范围内连续调节，每一束光可携带的信息维度因此大幅扩展。研究团队指出，这一特性为光通信技术设立了新的基准——单束光纤或光束所能承载的数据容量与传输速度，有望突破现有瓶颈，在速度与容量上同步跃升。

此外，研究还引入了矢量全息图的概念，即对图像每个像素点上光的振动方向进行独立的控制，而非以往那种整体统一的调制方式。这使得全息影像能够同时编码光的强度与偏振取向两类信息，实现真正意义上的高维度全息显示。

在应用前景方面，这项技术的价值覆盖多个领域。防伪溯源是Zui直接的落地场景——由于同时满足特定偏振与角动量组合的光源极难复现，基于该原理制作的防伪标签在理论上几乎无法仿冒，可广泛用于货币、证件、高端商品的真伪鉴别。与此同时，智能眼镜、增强现实（AR）及虚拟现实（VR）设备也有望借助这一技术，在单一光路中同时传输海量数据，显著提升沉浸式体验的信息承载能力。在光网络基础设施领域，该技术亦有望推动下一代高速光通信系统的演进。

申钟华教授在接受媒体采访时表示，将偏振与光的扭转态整合进单一加密系统，为安全平台与光通信平台开辟了全新的发展路径，这项工作标志着迈向更稳健、更高效解决方案的重要一步。论文第一作者、研究员郑俊教（Joonkyo Jung）主导了这项题为《利用双层元超表面实现任意全角动量矢量全息术》（Arbitrary Total Angular Momentum Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces）的研究，成果已在《先进材料》期刊上详细发表。