一項(xiàng)來自韓國的全息技術(shù)突破，正在為光學(xué)安全與光通信領(lǐng)域打開全新的想象空間。韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）材料科學(xué)與工程系教授申鐘華（Jonghwa Shin）領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一套以光的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作為加密密鑰的全息系統(tǒng)，相關(guān)成果已發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。

這項(xiàng)研究的核心，是一種被稱為矢量全息元超表面的新型光學(xué)器件。該器件利用光的全角動(dòng)量（TAM）來控制信息的訪問權(quán)限——只有當(dāng)入射光同時(shí)具備特定的振動(dòng)方向（偏振）和的螺旋扭轉(zhuǎn)數(shù)（軌道角動(dòng)量）時(shí)，器件才會(huì)響應(yīng)并顯示對(duì)應(yīng)的三維圖像。這一機(jī)制猶如一把需要同時(shí)撥對(duì)兩組密碼的組合鎖，缺少任何一個(gè)條件，受保護(hù)的信息便無從讀取。

要理解這一突破的意義，需要回顧光學(xué)研究的發(fā)展脈絡(luò)。長期以來，學(xué)界對(duì)光的特性研究往往聚焦于單一維度：要么研究偏振——即光波的振動(dòng)方向，要么研究軌道角動(dòng)量（OAM）——即光束的螺旋旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。如何在同一個(gè)微型器件上同時(shí)、獨(dú)立地操控這兩種屬性，始終是光學(xué)工程領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。申鐘華團(tuán)隊(duì)的工作，正是在這一"卡脖子"問題上實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵突破。

從工藝層面看，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙層納米結(jié)構(gòu)，通過將兩層精密加工的納米天線陣列疊加堆疊，使得器件能夠?qū)獾钠衽c扭轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行同步調(diào)控。這種結(jié)構(gòu)的精妙之處在于：只有當(dāng)光束攜帶的偏振模式與扭轉(zhuǎn)數(shù)同時(shí)符合預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)"開鎖"，呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的全息影像；任何不匹配的光束都將被拒之門外，無法解讀隱藏信息。這種高度特異性的響應(yīng)機(jī)制，從原理上就筑起了一道極難突破的安全屏障。

在數(shù)據(jù)傳輸層面，這一技術(shù)同樣潛力巨大。由于軌道角動(dòng)量的取值理論上可以在極大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，每一束光可攜帶的信息維度因此大幅擴(kuò)展。研究團(tuán)隊(duì)指出，這一特性為光通信技術(shù)設(shè)立了新的基準(zhǔn)——單束光纖或光束所能承載的數(shù)據(jù)容量與傳輸速度，有望突破現(xiàn)有瓶頸，在速度與容量上同步躍升。

此外，研究還引入了矢量全息圖的概念，即對(duì)圖像每個(gè)像素點(diǎn)上光的振動(dòng)方向進(jìn)行獨(dú)立的控制，而非以往那種整體統(tǒng)一的調(diào)制方式。這使得全息影像能夠同時(shí)編碼光的強(qiáng)度與偏振取向兩類信息，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高維度全息顯示。

在應(yīng)用前景方面，這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值覆蓋多個(gè)領(lǐng)域。防偽溯源是Zui直接的落地場景——由于同時(shí)滿足特定偏振與角動(dòng)量組合的光源極難復(fù)現(xiàn)，基于該原理制作的防偽標(biāo)簽在理論上幾乎無法仿冒，可廣泛用于貨幣、證件、高端商品的真?zhèn)舞b別。與此同時(shí)，智能眼鏡、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）及虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備也有望借助這一技術(shù)，在單一光路中同時(shí)傳輸海量數(shù)據(jù)，顯著提升沉浸式體驗(yàn)的信息承載能力。在光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，該技術(shù)亦有望推動(dòng)下一代高速光通信系統(tǒng)的演進(jìn)。

申鐘華教授在接受媒體采訪時(shí)表示，將偏振與光的扭轉(zhuǎn)態(tài)整合進(jìn)單一加密系統(tǒng)，為安全平臺(tái)與光通信平臺(tái)開辟了全新的發(fā)展路徑，這項(xiàng)工作標(biāo)志著邁向更穩(wěn)健、更高效解決方案的重要一步。論文第一作者、研究員鄭俊教（Joonkyo Jung）主導(dǎo)了這項(xiàng)題為《利用雙層元超表面實(shí)現(xiàn)任意全角動(dòng)量矢量全息術(shù)》（Arbitrary Total Angular Momentum Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces）的研究，成果已在《先進(jìn)材料》期刊上詳細(xì)發(fā)表。