一种级联液晶装置及基于级联液晶装置的全息加密方法

本发明属于光学加密领域，具体是一种级联液晶装置及基于级联液晶装置的全息加密方法

背景技术：

1、随着信息技术的快速发展，信息安全的重要性越来越受到人们的关注。光学全息术因其能够为敏感数据提供高级别的安全性和保护而成为一种重要的工具。特别是，由纳米结构超原子组成的几何超表面提供了普通衍射光学无法实现的全息功能。它们利用一系列光参数(包括波长、振幅、相位等)对单个元素中的信息进行加密。

2、为了进一步增强信息安全性，使用级联超表面实现了机密共享光学加密方法，其中机密被划分为多个部分。加密的消息只在必要的部分以正确的顺序堆叠时公布。在这种安排下，被盗部分不会泄露共享的秘密。尽管元全息加密取得了令人瞩目的进步，但仍存在一些具有挑战性的问题，例如制造复杂和无法实现动态可调性。

3、液晶作为一种典型的软物质材料，因其独特的各向异性和对各种外部刺激的敏感性而在各种电光应用中发挥着至关重要的作用。近年来，液晶全息术可以操纵远场中的光场，引起了相当大的关注，其也显示出了易于制造、动态可调性、高效率和紧凑几何形状等优点。因此，其在加密全息领域具有广阔的应用发展前景。

技术实现思路

1、发明目的：发明旨在提供一种级联液晶装置及基于级联液晶装置的全息加密方法，可以实现在两个液晶盒之间拆分和共享加密的全息信息。

2、技术方案：一种基于级联液晶装置的全息加密方法，包括如下步骤：

3、步骤一、制备两不含液晶层的液晶盒，两不含液晶层的液晶盒分别为第一液晶盒和第二液晶盒；

4、步骤二、采用多步重叠光控取向技术分别对步骤一制备的第一液晶盒和第二液晶盒的取向层进行特定图案化取向：使第一液晶盒的取向层具有液晶指向矢分布α1的控制图形，第二液晶盒的取向层具有液晶指向矢分布α2的控制图形，α1和α2采用嵌套全息迭代算法计算得到；

5、步骤三、在两不含液晶层的液晶盒中，灌入液晶材料；

6、步骤四、搭建光路装置，利用偏振片与1/4波片生成圆偏振光入射液晶盒，分别获取第一液晶盒、第二液晶盒独立位于光路中形成的全息图像以及其级联状态下形成的加密全息图像，并通过相机拍摄屏幕收集加密全息图像，实现对全息信息的加密显示。

7、进一步的，步骤二中，采用嵌套全息迭代算法计算α1和α2，具体计算步骤如下：

8、步骤1)、设计三个目标全息图像：图像ⅰ、图像ⅱ和图像ⅲ；

9、假设图像ⅰ为第一液晶盒独立位于光路中形成的全息图像，假设图像ⅱ为第二液晶盒独立位于光路中形成的全息图像，假设图像ⅲ为第一液晶盒和第二液晶盒在级联状态下形成的加密全息图像；

10、步骤2)、首先，通过执行迭代循环来计算图像ⅲ的相位分布

11、计算方法为：在迭代循环的开始输入一个随机相位和高斯幅度分布(|eg|2)，通过执行至少1000次迭代循环得到相位分布

12、步骤3)、计算图像ⅰ对应的相位分布图像ⅱ对应的相位分布

13、当将第一液晶盒和第二液晶盒紧密重叠在一起时，透射光会累积相位，则有根据和将第一步迭代出的输入到迭代循环中，在迭代循环中计算得到和经过至少1500次迭代后，最终输出得到优化后的相位分布和

14、步骤4)、根据空间变化的几何相位是液晶指向矢方位角α的两倍的原理，即计算出第一液晶盒和第二液晶盒所对应的液晶指向矢分布α1和α2。

15、进一步的，所述光路装置包括，包括依次设置的氦氖激光器、偏振片、1/4波片、第一液晶盒、第二液晶盒、屏幕和相机；第一液晶盒和第二液晶盒级联设置；所述氦氖激光器的激光经过所述偏振片、1/4波片透射后形成圆偏振光入射到第一液晶盒后，再进入第二液晶盒，投射到屏幕上；所述相机用于拍摄屏幕收集的加密全息图像；偏振片的透振轴与1/4波片的光轴之间形成45°夹角。

16、进一步的，步骤一中，不含液晶层的液晶盒的制备方法如下：

17、s1、对液晶玻璃基板进行清洁处理；

18、s2、在液晶玻璃基板的一侧面旋涂光控取向材料形成取向层；

19、s3、将两液晶玻璃基板的两侧边缘相对粘合；粘合时，两液晶玻璃基板之间留有灌入液晶材料的空隙且两液晶玻璃基板的取向层相对。

20、进一步的，步骤s1中，所述清洁处理包括：

21、1)用氮气枪吹掉切割时产生的碎屑、灰尘；再用无尘布蘸取无水乙醇，在液晶玻璃基板表面沿着一个方向擦拭，放入固定架中；

22、2)将存放液晶玻璃基板的固定架放置于烧杯中，倒入ito洗涤剂，用超声清洗20-30分钟，随后再用超纯水超声清洗两次，每次持续10-12分钟；

23、3)将超声清洗完毕的液晶玻璃基板用氮气枪吹干存放在干净的玻璃器皿中，将其一同放到电热恒温鼓风干燥箱中，设置温度120-140℃烘干30-40分钟；

24、4)将烘干结束的玻璃器皿拿出，放进uvo照射机中照射30-40分钟。

25、进一步的，步骤s2的具体操作如下：

26、1)将液晶玻璃基板放置于旋涂仪吸头处，将光控取向材料均匀平铺在玻璃基板上；

27、2)先以800转/分钟的低速度旋涂5-8秒钟，再以3000转/分钟的高速度旋涂40-45秒；

28、3)在旋涂结束后，将涂有光控取向材料的液晶玻璃基板移到100-110℃的热台上退火10-15分钟。

29、本发明还公开了一种级联液晶装置，包括级联设置的第一液晶盒和第二液晶盒；入射光经过第一液晶盒时相位受到调制，再通过第二液晶盒后相位受到叠加调制，调制后的光场产生特定的图案化的振幅分布，从而实现对全息信息的加密显示。

30、进一步的，所述液晶盒包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板的两侧边缘通过封框胶相对粘合，所述封框胶内混有间隔粒子；所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间填充有液晶层；所述第一玻璃基板的侧面涂有第一取向层，第二玻璃基板的侧面涂有第二取向层，所述第一取向层和第二取向层位于所述第一玻璃基板和第二玻璃基板相对的一侧。

31、进一步的，所述间隔粒子为球形微米粒子，直径为4-6微米。

32、进一步的，所述第一取向层和第二取向层的材料为偶氮类光控取向材料。

33、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明利用液晶材料实现了级联液晶全息术，凸显了其在光学加密方面的潜力。这项工作有助于推进光学视觉密码学、动态全息显示、全光计算、大容量数据存储以及用于全光学计算的衍射神经网络。

34、1)本发明基于级联液晶装置的全息加密方法，提供一个多路复用、动态和高效的秘密共享平台，通过多层全息编码和更复杂的重建过程等独特优势实现了安全性的增强。

35、2)本法发明的级联液晶装置，包含第一液晶盒和第二液晶盒，可以实现在两个液晶盒之间拆分和共享加密的全息信息。

36、3)本发明提出的一种全新的嵌套全息迭代算法，在级联光学加密中可以同时计算得到三个目标液晶全息图的相位分布；基于给定的特定加密全息图案，通过嵌套全息迭代算法计算出级联液晶装置的相位分布再计算出第一液晶盒和第二液晶盒的相位分布和再根据对第一液晶盒和第二液晶盒的取向层进行特定图案化取向，使曝光后的第一液晶盒的取向层具有液晶分子指向矢分布α1控制图像，使曝光后的第二液晶盒的取向层具有液晶分子指向矢分布α2的控制图像，实现对液晶分子图案化取向的操控，进而实现对全息信息的加密显示。