这篇论文的研究内容由上海理工大学的顾敏院士及其团队完成，发表在《Laser & Photonics Reviews》期刊上。本文将详细介绍激光诱导石墨烯全息图重构用于反监视多秘密共享的过程、面临的挑战以及未来的前景。
在信息时代，秘密共享作为一种复杂的密码学技术，广泛应用于保护重要信息。传统的秘密共享方法通过将秘密分割成多个部分来提高安全性。然而，如何在信息传递过程中及时警告接收者并判断秘密的安全性，成为了一个重要的研究课题。全息技术因其在光学秘密共享中的潜力而受到关注，通过将信息隐藏在光的物理维度中，不仅提高了秘密的安全性，还通过多路复用增加了信息容量。
本研究的主要目的是开发一种基于激光诱导不可逆全息图重构（LIHR）的反监视全息秘密共享方法。研究团队利用激光和热扩散诱导的还原石墨烯氧化物（GO）形成不同透射率的区域，称为还原石墨烯（rGO）超像素。这种方法不仅实现了全息图的重构，还通过引入深度学习梯度下降算法，扩展了全息编码的功能和信息容量。研究中使用了Nanoscribe的3D激光直接写入系统，这一设备的高精度和快速反应能力为全息图的写入和重构提供了重要支持。
研究团队首先在石英基底上制备了GO薄膜，并使用780 nm的飞秒激光进行全息图的写入。通过激光辐照，GO中的氧含量显著降低，sp²杂化碳的含量增加，证明了GO的还原。激光辐照过程中，GO周围的区域也因热扩散而被还原，形成了rGO超像素。这种热扩散现象虽然通常被视为不利因素，但在本研究中却被利用来实现不同透射率的调制。
研究中使用了二进制独立幅度全息图，初始全息图（H1）和秘密全息图（H2）均为100×100像素的二进制图像。通过激光直接写入特定像素，成功将H1重构为H2，实现了秘密共享。通过引入深度学习的梯度下降算法，研究团队实现了多通道的全息图重构，能够同时处理多个秘密信息。这一创新不仅提高了信息的安全性，还增加了信息的存储容量。
在研究过程中，团队面临了多个挑战。首先，激光写入过程中，如何精确控制激光参数以实现所需的rGO超像素特性是一个技术难点。研究人员需要在激光功率、扫描速度和重复写入次数之间找到最佳平衡。其次，在秘密共享中，确保信息的安全性至关重要。研究团队通过不可逆的材料变化来实现反监视功能，确保即使在被窃听的情况下，信息的安全性也能得到保障。此外，全息图的质量直接影响信息的传递效果。研究中发现，随着约束条件的增加，全息图的噪声也随之增加，因此需要在设计中考虑如何提高全息图的质量。
本研究为全光学加密策略提供了新的思路，展现了GO在光学秘密共享中的应用潜力。未来的研究方向可能包括通过优化GO的厚度和激光参数，进一步提高全息图的分辨率和质量，开发小型化的激光写入设备，使得在实际应用中能够快速、便捷地进行信息的加密和解密，探索GO在其他光学应用中的潜力，如信息存储、传输和处理等领域，以及进一步研究如何增强系统的安全性，确保在各种攻击情况下信息的完整性和保密性。
综上所述，上海科技大学的顾敏教授及其团队在激光诱导石墨烯全息图重构方面的研究，不仅为光学秘密共享提供了新的解决方案，也为未来的光学加密技术奠定了基础。随着技术的不断进步和应用场景的拓展，期待这一研究能够在信息安全领域发挥更大的作用。
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https://doi.org/10.1002/lpor.202200805
