CN112799291B - 一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法，属于微纳光学与信息加密领域。本发明集成液晶与超颖表面的微型全息显示器由液晶与改良后的空间光调制器组合而成，可在二维平面上实现区域性电控且轻薄小巧。三图关联算法可以生成在数学上具有包含关系的三张二值相位全息图，三张全息图与三张电压分布图一一对应。在集成液晶与超颖表面的微型全息显示器上先后加载三张电压分布图，能够远场再现出用于后续破译的三张基础图。进一步参照密文和密文查询表便可还原出明文信息。该光学加密方法具备一定的安全性并能够覆盖多类型的明文内容，可用于特定场合和特定对象的信息加密和安全传送过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法，具有较好的独一性与安全性，集成液晶与超颖表面的微型全息显示器覆盖较广的加密信息范围，可应用在特定场合的信息安全传送或信息加密中，属于微纳光学与信息加密领域。
背景技术
超颖表面是由亚波长尺寸的金属或电介质纳米天线构成的二维阵列。通过对纳米天线阵列进行优化设计，超颖表面上的每个像素单元都能够在两介质的分界面处引入相位突变，使得入射电磁波被施加上任意的相位分布。基于此，研究人员们已经利用超颖表面实现了异常折射，超透镜，全息图生成等众多有意义的理论与实验研究。超颖表面具有独一性的特点，其纳米天线形状和分布需要借助特定的仪器才能够被观测到，并且由于天线数量庞大，复制出一个全同的超颖表面十分具有挑战性。
目前的主流加密方式可以分为电学加密和光学加密，其中光学加密的本质是将明文信息通过光学变换的手段进行重新编码，波长、焦距和不同的衍射距离都可以作为加密系统的密钥，因此相较于电学加密具有多维、大容量、设计自由度高、复杂度高等优点。目前已有的光学加密方法繁多，基于分数级傅里叶变换或是双随机相位编码的方式等等，其中研究人员们在基于超颖表面的加密研究工作中已经通过级联、全息显示或是改良计算机加密算法来实现更加安全的加密手段，但此方向仍存在可创新之处。
液晶为常用的电控可调谐材料，将超颖表面阵列加工在液晶盒下基板上，构成集成液晶与超颖表面的微型全息显示器，实现电可调的动态全息显示功能。生成全息再现像时微型全息显示器上加载的电压分布图作为密钥，能够保证信息发送者在密钥中途泄露时可以及时更新产出新的密钥。现存的摩尔斯电码和盲文等信息均由基础符号组成，破译者需要具备一定的解密基础才能够读懂信息发送者发过来的密文，该过程需参照密文查询表。若是将集成液晶与超颖表面的微型全息显示器生成的全息再现像作为类似于以上两种方法中的基础符号，再建立一个双方都知晓的解密规则，则同样可以实现信息的加密与传输再破译的过程。除了考虑安全性，加密方法仍看重信息内容的覆盖范围，若同时包括英文、阿拉伯数字和常用的标点符号，则能够满足多类明文信息的传送。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法，该方法的实现建立在本发明提出的三图关联全息算法的基础上。集成液晶与超颖表面的微型全息显示器由液晶与改良后的空间光调制器组合而成，可在二维平面上实现区域性电控且轻薄小巧。三图关联算法可以生成在数学上具有包含关系的三张二值相位全息图，三张全息图与三张电压分布图一一对应。在集成液晶与超颖表面的微型全息显示器上先后加载三张电压分布图，能够远场再现出用于后续破译的三张基础图。进一步参照密文和密文查询表便可还原出明文信息。该光学加密方法具备一定的安全性并能够覆盖多类型的明文内容，可用于特定场合和特定对象的信息加密和安全传送过程。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法需先后使用四件物品进行破译，四者缺一不可。分别是集成液晶与超颖表面的微型全息显示器，一套具有特定顺序的电压分布图组，密文和密文查询表。其中集成液晶与超颖表面的微型全息显示器是由超颖表面与改良后的基于液晶的空间光调制器构成的微型阵列显示器件。与摩尔斯电码和盲文的解读相似，本发明中将集成液晶与超颖表面的微型全息显示器在加载不同二维电压分布的情况下，按特定顺序远场再现出的三张全息再现像作为基础符号，破译者需要根据一定的破译规则对基础符号进行排列组合，并借助密文和密文查询表才能够获取明文信息。
一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法，包括如下步骤：
步骤一：信息发送者利用三图关联算法生成全息相位图A、B、C。
所述三图关联算法以Gerchberg-Saxton(GS)衍射算法为基础，同样涉及到迭代的过程，通过三图关联算法生成构成数学包含关系的三张二值相位全息图，即若三张二值相位全息图分别为A、B、C，包含的两个相位值为
和
则相位值为
的像素数量在全息图A中最多，在全息图C中最少，在全息图B中的数量介于二者之间，称此时相位分布图A、B、C相关联。
生成关联的全息相位图A、B、C的方法如下，下述所有的全息图均为二值相位全息图：
(1)输入三张目标全息图的原图X’、Y’、Z’，利用传统GS二值相位全息算法计算得到其对应的三张全息图X，Y，Z，继而输入两张空白图像，用同样的方法得到两张不包含有任何可用信息的全息图G1，G2，五张图作为初始图，彼此间无关联。
(2)将(1)中得到X与G1进行中和操作，得到全息图X1和模版M1。中和指的是按照可控的比例增加或减少输入的全息图中包含的相位值，使输入的全息图在相位上产生混合。由于全息图具有一定的鲁棒性，此时X1仍能够再现出目标全息图的原图X’。
(3)将全息图Y与(2)中得到的模版M1进行与运算，得到中间相位图Y1，即相位相同的区域为
保留，不同的换为相位
(4)为了进一步和全息图Z产生关联，引入空白全息图G2，G2与(3)中得到的Y1进行中和操作，得到全息图Y2和模版M2。由于全息图具有一定的鲁棒性，此时Y2仍能够再现出目标全息图的原图Y’。随后将第三张全息图Z与模版M2进行与运算，得到全息图Z1。即相位相同的区域为
保留，不同的换为相位
(5)已经生成的X1，Y2，Z1之间具有一定的关联，但是彼此之间在相位上不能严格满足上述所说的相位为
的像素数量在数学上满足包含关系。需要对这三张图进行最后一次的中和操作，使其相关联，最终得到三张关联的二值全息相位图A、B、C。
本步骤中，若要更新最初输入的三张目标全息图的原图X’、Y’、Z’，都要对三图关联的全息算法进行优化，保证输出清晰并且彼此间无串扰存在的图案。可优化的参量为中和操作中全息图间的混合比例。不同混合比例下生成的三张全息相位图A、B、C均能够满足关联关系，但是难以保证得到的三张全息相位图A、B、C的图像再现出质量，因此优化的步骤必不可少。优化的具体实施方法为1)人为改变每个中和操作中的比例系数，直至得到质量满意的再现图像；或2)建立图像质量的评判标准，将再现图像与原图之间的差异量化，建立循环语句不断改变比例系数，直至最终输出的差异值小于某一确定小量。
步骤二：信息发送者将步骤一得到的全息相位图A、B、C上包含的两个相位值
和
替换成该像素应当施加的电压值V1和V2，生成通电分布图A’、B’、C’；
集成液晶与超颖表面的微型全息显示器上的每个像素内部的液晶分子朝向都能够被电控调节，不同型号的液晶取向对外加电压具有不同的响应，能够通过查阅资料或前期实验获取，液晶分子取向不同会使得像素内部折射率环境改变，由此，期望工作波长的入射光通过集成液晶与超颖表面的微型全息显示器后，出射光场的振幅和相位被像素化调制。我们能够得到出射光场的复振幅调制量(相位和振幅)与外加电压值具有一一对应的关系。
信息发送者能够利用全息相位图A、B、C生成对应的通电分布图A’、B’、C’，即将全息相位图上的包含的两个相位值
和
替换成该像素应当施加的电压值V1和V2。
本步骤中，要注意生成的通电分布图A’、B’、C’要和全息相位图A、B、C的顺序严格对应，保证对应得到三张通电分布图A’、B’、C’中电压值为V1的通电位置是逐步减少的，A’中最多，C’中最少。
步骤三、依据步骤二得到的通电分布图A’、B’、C’，结合集成液晶与超颖表面的微型全息显示器或空间光调制器，按照通电位置递减的顺序获取基础图1、2、3，并将基础图排列组合备用；
依次再现多张全息图的方法有很多，例如1)三张不同的超颖表面分别加载上全息相位图A、B、C，2)利用传统的空间光调制器。本步骤中采用集成液晶与超颖表面的微型全息显示器来再现三张基础图1、2、3。利用现有的电极技术，依次在微型全息显示器上加载步骤二中得到的通电分布图A’、B’、C’，即可先后得到基础图1、2、3，三张基础图的顺序十分重要，一定要按照通电位置递减的顺序获取。随后将三者排列组合并赋予每种组合后得到的结果图相应的组合序号。组合序号由三位字符组成，字符中仅有数字0和1。其中0表示未选择，1表示选择。例如011表示第二张和第三张基础图被选择，将二者直接相互叠加后生成的结果图。组合序号共有八种：000、100、010、001、110、101、011和111。
步骤四：信息接收者根据密文组合基础图，参考密文查询表得到明文信息。
密文为一串由数字0和1构成的字符串，0和1分别表示不选择和选择。
密文中，每8位代表一个数字、字母或是常用的标点符号，需对其进行8位间隔解码。每8位密文又可分成三部分进行解读；
(1)第一部分：包含三位。表示步骤三中的三张基础图的组合序号。
(2)第二部分：包含两位。经过第一部分的解读，选定的基础图组合由两列图案组成，左边和右边各一列，第二部分的两位分别表示左边和右边列中哪一列是被选择的；10表示选择左边一列，01表示选择右边一列。
(3)第三部分：包含三位。经过第一部分和第二部分的解读，选定最终的一列图案，在密文查询表中找到与之相同的图案的位置，可确定该图案与三个字符匹配。之后借助第三部分进行解读，确定是三个字符中的哪一个。第三部分是100，表示选定第一个字符作为这8位密文的最终明文；010表示选定第二个字符，001表示选定第三个字符。
对密文中的每8位都进行解读，确定其代表的明文信息，最终将所有信息整合在一起，连词成句得到完整的信息。值得注意的是，本发明中公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法中若信息发送者和破译者共同允许，则可以定期更新密文查询表和基础图的位置顺序，避免恶意窃取，最大程度增加信息传送的安全性。
步骤三所述微型全息显示器是将超颖表面直接加工在基于液晶的空间光调制器的下基板上，即使得纳米天线阵列直接沉浸在液晶中，形成二维电压调控；使得空间光调制器实现更小体积、更大视场角与高分辨率。
所述微型全息显示器结构通过下述步骤确定：
(1)根据使用需求确定纳米天线阵列和液晶的参数；
天线参数包括：材料、形状、特征变量、像素周期和天线初始高度；
液晶参数包括：种类、初始取向和液晶层的初始厚度；
根据全息算法确定液晶朝向组合；
(2)确定微型全息显示器的单元结构参数；
微型全息显示器像素周期与步骤一确定的天线的像素周期相同；每个像素周期称为一个单元结构；
对步骤一中基本参数确定的微型全息显示器的单元结构进行扫描仿真，将确定的液晶朝向角度作为自变量A，将天线的特征变量作为自变量B；在不同的自变量A下，入射工作波长为λ的x偏振光，扫描天线特征变量的改变对同偏振方向出射光场的相位Ψxx以及透射系数Txx的影响；
对扫描结果进行汇总，筛选出天线的特征尺寸，即确定自变量B；筛选条件：在液晶不同的朝向设置下，需同时满足1)透过单元结构的同偏振方向出射光场的相位呈现和相位全息图中一样n阶梯度变化，相位间隔与(2π/n)的差值最小；2)透过单元结构的同偏振方向出射光场的透射率彼此间差值不超过0.15；
若步骤二中无法得到满足筛选条件的天线的特征尺寸，则将天线的初始高度、微型显示器的像素周期大小或工作波长进行微调后，重复步骤二，重新进行扫描，直至筛选出满足条件的自变量B；
(3)确定微型全息显示器中液晶层朝向的二维排布；
将计算机全息算法生成的梯度相位全息图上的相位值与步骤二中的满足筛选条件的扫描结果相对应，即液晶的每个朝向设置都对应全息图中的某一阶相位值；随后逐个像素地匹配液晶的朝向角度与相位值，构成最终液晶层朝向的二维排布。
所述天线的材料是根据微型全息显示器的工作波长确定的，选择在所确定工作波长下损耗小的材料以确保器件的高效率；
天线的像素周期：固定像素周期P，使P满足亚波长尺寸。
天线的初始高度：固定天线的初始高度H，根据具体加工能力确定；
液晶的初始取向：初始取向满足液晶分子的指向矢平行于x轴；
液晶层的初始厚度：固定液晶层的初始厚度h，根据具体加工能力确定。
确定液晶朝向组合的方法为：计算机算法得到的全息图可简单分为二值相位全息图和多值相位全息图，即一张全息图由不同数量的相位值构成，不同相位值的数量也称为相位全息图的阶数。若为二值相位全息图，全息图中仅含有两个相位值，阶数为2；根据相位全息图的阶数n，将90度等间距分成n个值，确定液晶朝向组合中的角度值；例如四阶相位全息图对应四个不同的液晶朝向角度，可等间距分为0度、30度、60度和90度，以此确定液晶朝向组合。
采用微型全息显示器实现动态全息显示功能的方法，包括如下步骤：
(1)确定外加电压的二维分布：根据步骤三中得到的液晶层朝向的二维排布，由电压和液晶指向矢之间的响应关系得到外加电压的二维分布；不同型号的液晶对电压具有不同的响应，实验前期测得响应关系；
(2)利用现有硅基电路技术将(1)中得到的对应特定全息图的二维电压分布加载到微型显示器的上下电极基板上，使得每个像素的出射光场都得到特定的复振幅调制，在期望的工作波长入射下便得到全息图的远场再现像；
(3)利用电路控制，不断改变电压的二维分布，则可以再现出任意多张全息图像，从而实现传统空间光调制器的动态全息显示功能。
有益效果：
1、本发明公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法引入具有独一性，难以二次复制的可电控的集成液晶与超颖表面的微型全息显示器，增加破译的难度。集成液晶与超颖表面的微型全息显示器是满足特定场合和受众于特殊群体的光学加密的新型器件，为破译必需品，生成全息再现像时微型全息显示器上加载的电压分布图作为密钥，能够保证信息发送者在密钥中途泄露时可以及时更新产出新的密钥。
2、本发明中提出的三图关联计算机全息算法可以生成在数学上具有包含关系的三张二值相位全息图。算法内中和操作中的混合比例影响三张全息相位图对应的再现像质量，优化该参数后得到的三张关联全息图均能够再现出清晰无串扰的像。与可调谐材料相结合，三图关联算法有望应用于光学加密等涉密领域。
3、本发明公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法要求破译者同时具备正确格式的四件物品才可以成功获取明文信息，即集成液晶与超颖表面的微型全息显示器，一套具有特定顺序的通电分布图，密文和密文查询表，四者缺一不可。该光学加密方法适用于复杂的加密场合。
4、本发明公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法中密文仅由数字0和1组成，密文的解读规则独特，可应用在加密或通讯等相关领域。并且本发明中的密文查询表包含26个英文字母，0至9十个阿拉伯数字和常用的标点符号，能够满足多类明文信息的传送。
附图说明
图1是本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法的整体流程图；
图2是本发明中光学加密方法所基于的三图关联计算机全息算法的流程图；
图3是本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法在破译过程中的中间图组(全息相位图、通电分布图和基础图)之间的对应关系示意图；其中，图a是关联的三张二值相位全息图；图b是全息图A、B、C对应的通电分布示意图；图c是全息图A、B、C对应再现出的三张基础图；
图4是采用CCD拍摄到的利用传统空间光调制器全息再现出的三张无串扰的基础图；
图5是本发明中微型全息显示器不同液晶朝向下单元结构的示意图；
图6是本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法的所有组合序号与其对应的图案；
图7是本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法的密文查询表；
图8是本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法的八位密文的分解破译实例。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对发明内容做进一步说明；
实施例1
本发明中基于超颖表面全息技术的光学加密方法的整体流程图如图1所示；
步骤一：信息发送者利用三图关联算法生成全息相位图A、B、C；
信息发送者首先利用传统GS二值相位全息算法计算得到三张目标全息图的原图和两张空白无信息图像对应的五张二值相位全息图，该五张相位全息图中均只含有两个相位值
和
和
满足相位差约为π
随后将生成的五张图像带入到三图关联算法，优化算法的中和操作中涉及的混合比例，得到全息相位图A、B、C，三图关联计算机全息算法的流程图如图2所示，图二中填充的区域相位为
未填充的区域相位为
为区分最初输入的五张二值相位全息图，故流程图中填充区域具有不同的灰度值。算法得到的全息相位图A、B、C能够分别再现出清晰无串扰的最初的三张目标全息图的原图，并且此时全息相位图A、B、C相关联，即三者的相位构成数学包含关系，即相位值为
的像素数量在全息图A中最多，在全息图C中最少，在全息图B中的数量介于二者之间。全息相位图A、B、C的相位如图3(a)所示，满足关联。
步骤二：信息发送者将步骤一得到的全息相位图A、B、C上包含的两个相位值
和
替换成该像素应当施加的电压值V1和V2，生成通电分布图A’、B’、C’；
出射光场的相位调制量与外加电压值具有一一对应的关系。本实施例中，相位值
对应的电压值为V1，相位值
对应的电压值为0，即只需要部分区域通电即可。随后将全息相位图上的包含的两个相位值
和
依照所述的对应关系进行逐个像素的替换。生成的通电分布图A’、B’、C’和全息相位图A、B、C的顺序严格对应。三张通电分布图A’、B’、C’中电压值为V1的通电位置是逐步减少的，A’中最多，C’中最少，如图3(a)和(b)所示。
步骤三：依据步骤二得到的通电分布图A’、B’、C’，结合集成液晶与超颖表面的微型全息显示器或空间光调制器，按照通电位置递减的顺序获取基础图1、2、3，并将基础图排列组合备用；
将步骤二中得到的通电分布图A’、B’、C’依次加载具有全息再现功能的电控器件上，对应得到三张基础图1、2、3；具有全息再现功能的电控器件可以是传统空间光调制器，也可以是集成液晶与超颖表面的微型全息显示器。本实施例中先采用传统空间光调制器进行三张基础图的全息再现，CCD拍摄到的三张无串扰的基础图如图4所示，用以证实步骤一的三图关联算法优化的有效性；但为提升整体光学加密方法的安全性，本加密方法采用集成液晶与超颖表面的微型全息显示器对基础图进行再现。具体实现步骤如下；
1.确定微型全息显示器的基本参数；
(1)确定纳米天线阵列和液晶的参数；
天线的形状：圆柱形；天线的特征变量：半径R；天线的像素周期：固定像素周期P为360nm；天线的初始高度：固定天线的初始高度H为205nm；液晶的种类：正型E7；液晶的初始取向：液晶分子的指向矢平行于x轴；液晶层的初始厚度：固定液晶层的初始厚度h为1500nm；
(2)根据相位全息算法，确定液晶朝向组合；0度和90度，根据二值相位全息；
2.确定微型全息显示器的单元结构参数；
(1)参数扫描；
参数扫描时的单元结构的仿真在不同液晶朝向下的设置如图5所示；入射工作波长为665nm的x偏振光，在液晶朝向角度为0度和90度时遍历所有的半径尺寸R并记录探测的出射同偏振方向的复振幅
和
；继而两种液晶朝向下的透射系数Txx和相位Ψxx的分布；
(2)结构筛选：圆柱体的半径为140nm。此时满足筛选条件；
3.确定微型全息显示器中液晶层朝向的二维排布；
液晶朝向与相位的对应关系为0度对应2.46rad，90度对应-0.75rad；依据此对应关系，将计算机全息算法生成的二值相位全息图上的相位值与液晶的两个朝向角度逐个像素地匹配，即构成最终液晶层朝向的二维排布；
微型全息显示器的动态全息显示功能的实现；
本实施例中，步骤二中已经规定相位值
对应的电压值为V1，相位值
对应的电压值为0，即相位值为-0.75rad的像素单元施加低于击穿电压值的电压，使液晶朝向为90度；相位值为2.46rad的像素单元不施加电压，使液晶朝向为0度；只需要部分区域通电即可；按照以上对应关系得到三张电压分布图，将其加载到上述参数的集成液晶与超颖表面的微型全息显示器上，便可依次再现出三张无串扰的基础图1、2、3。
除此之外该步骤要严格注意基础图的生成顺序，对应的通电位置应是从多到少，对应关系如图3(b)与(c)所示。图3(c)中的基础图是特定设计的，其在该光学加密方法中的角色与摩尔斯电码和盲文中用于后续组合的基础符号相似。随后将三张基础图排列组合并赋予每种组合后得到的结果图相应的组合序号，所有组合序号与其对应的图案如图6所示，共有八种组合序号：000、100、010、001、110、101、011和111。组合序号由三位字符组成，字符中仅有数字0和1。其中0表示未选择，1表示选择。例如011表示第二张和第三张基础图被选择，将二者直接相互叠加后生成的结果图即图6中第二行第三列中的图案所示。
步骤四：信息接收者根据密文组合基础图，参考密文查询表得到明文信息；
获取三张基础图后，便可根据密文与密文查询表进行解码，遵守本发明中已经建立的破译规则来破译明文信息。密文中只含有数字0和1，按照8位为一个间隔来进行解读。每8位又可以分为三部分，每部分的0和1分别表示不选择和选择。密文中第一部分有三位，为步骤三中确定的基础图的组合序号。密文的第二部分由两位数字组成，用来判断某一组合序号对应的结果图中的左边一列还是右边一列被选择。随后破译者需要在图7中所示的密文查询表中找到对应的一列，根据密文的第三部分的三位数字来最终确定是哪一个字母，或数字，或是标点符号。对密文的所有信息都进行解读后，便可以连词成句，得到所有的明文信息。
图8为对八位密文的分解破译实例，以字母A为例。明文信息字母A对应的密文为‘00101100’。其中的第一部分‘001’表示图6中第一排第四列的组合图案，即两个空心方形；第二部分‘01’表示选取右边一列，即靠下的空心方框，随后可以找到该列位于密文查询表的第一行第二列的表格中，该列图形符号同时对应字母A、B、C；根据密文的第三部分‘100’，则可以确定是第一个位置上的符号被选择，即为字母A。
值得注意的是，本发明中公开的基于超颖表面全息技术的光学加密方法中若信息发送者和破译者共同允许，则可以定期更新密文查询表和基础图的位置顺序，避免恶意窃取，最大程度增加信息传送的安全性。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：信息发送者利用三图关联算法生成全息相位图A、B、C；
所述三图关联算法以Gerchberg-Saxton(GS)衍射算法为基础，同样涉及到迭代的过程，通过三图关联算法生成构成数学包含关系的三张二值相位全息图，即若三张二值相位全息图分别为A、B、C，包含的两个相位值为
和
则相位值为
的像素数量在全息图A中最多，在全息图C中最少，在全息图B中的数量介于二者之间，称此时相位分布图A、B、C相关联；
生成关联的全息相位图A、B、C的方法如下，下述所有的全息图均为二值相位全息图：
(1)输入三张目标全息图的原图X’、Y’、Z’，利用传统GS二值相位全息算法计算得到其对应的三张全息图X，Y，Z，继而输入两张空白图像，用同样的方法得到两张不包含有任何可用信息的全息图G1，G2，五张图作为初始图，彼此间无关联；
(2)将(1)中得到X与G1进行中和操作，得到全息图X1和模版M1；中和指的是按照可控的比例增加或减少输入的全息图中包含的相位值，使输入的全息图在相位上产生混合；由于全息图具有一定的鲁棒性，此时X1仍能够再现出目标全息图的原图X’；
(3)将全息图Y与(2)中得到的模版M1进行与运算，得到中间相位图Y1，即相位相同的区域为
保留，不同的换为相位
(4)为了进一步和全息图Z产生关联，引入空白全息图G2，G2与(3)中得到的Y1进行中和操作，得到全息图Y2和模版M2；由于全息图具有一定的鲁棒性，此时Y2仍能够再现出目标全息图的原图Y’；随后将第三张全息图Z与模版M2进行与运算，得到全息图Z1；即相位相同的区域为
保留，不同的换为相位
(5)已经生成的X1，Y2，Z1之间具有一定的关联，但是彼此之间在相位上不能严格满足上述所说的相位为
的像素数量在数学上满足包含关系；需要对这三张图进行最后一次的中和操作，使其相关联，最终得到三张关联的二值全息相位图A、B、C；
步骤二：信息发送者将步骤一得到的全息相位图A、B、C上包含的两个相位值
和
替换成该像素应当施加的电压值V1和V2，生成通电分布图A’、B’、C’；
生成的通电分布图A’、B’、C’要和全息相位图A、B、C的顺序严格对应，保证对应得到三张通电分布图A’、B’、C’中电压值为V1的通电位置是逐步减少的，A’中最多，C’中最少；
步骤三、依据步骤二得到的通电分布图A’、B’、C’，结合集成液晶与超颖表面的微型全息显示器或空间光调制器，按照通电位置递减的顺序获取基础图1、2、3，并将基础图排列组合备用；
将三张基础图彼此之间排列组合，用三位字符表示三张基础图的组合序号，字符中仅有数字0和1；其中0表示未选择，1表示选择；
步骤四：信息接收者根据密文组合基础图，参考密文查询表得到明文信息。
2.如权利要求1所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：步骤四的具体实现方法为：
密文为一串由数字0和1构成的字符串，0和1分别表示不选择和选择；
密文中，每8位代表一个数字、字母或是常用的标点符号，需对其进行8位间隔解码；每8位密文又可分成三部分进行解读；
(1)第一部分：包含三位；表示步骤三中的三张基础图的组合序号；
(2)第二部分：包含两位；经过第一部分的解读，选定的基础图组合由两列图案组成，左边和右边各一列，第二部分的两位分别表示左边和右边列中哪一列是被选择的；10表示选择左边一列，01表示选择右边一列；
(3)第三部分：包含三位；经过第一部分和第二部分的解读，选定最终的一列图案，在密文查询表中找到与之相同的图案的位置，可确定该图案与三个字符匹配；之后借助第三部分进行解读，确定是三个字符中的哪一个；第三部分是100，表示选定第一个字符作为这8位密文的最终明文；010表示选定第二个字符，001表示选定第三个字符；
对密文中的每8位都进行解读，确定其代表的明文信息，最终将所有信息整合在一起，连词成句得到完整的信息；若信息发送者和破译者共同允许，则可以定期更新密文查询表的位置顺序，增加信息传送的安全性。
3.如权利要求1所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：通过优化步骤一中的中和操作的时候的混合比例，保证输出的图案的清晰并且彼此间无串扰存在，提高图像清晰度。
4.如权利要求1所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：步骤三所述获取基础图1、2、3的方法为：采用集成液晶与超颖表面的微型全息显示器来实现三张再现图像1、2、3的获取；利用电极技术，在微型全息显示器的上下基板通电，依次输入步骤二中得到的通电分布图A’、B’、C’，所述微型全息显示器件依次远场再现出三张图像，按顺序称之为基础图1、2、3。
5.如权利要求4所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：所述微型全息显示器是将超颖表面直接加工在基于液晶的空间光调制器的下基板上，即使得纳米天线阵列直接沉浸在液晶中，形成二维电压调控；使得空间光调制器实现更小体积、更大视场角与高分辨率。
6.如权利要求5所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：所述微型全息显示器结构通过下述步骤确定：
步骤一、根据使用需求确定纳米天线阵列和液晶的参数；
天线参数包括：材料、形状、特征变量、像素周期和天线初始高度；
液晶参数包括：种类、初始取向和液晶层的初始厚度；
根据全息算法确定液晶朝向组合；
步骤二、确定微型全息显示器的单元结构参数；
微型全息显示器的像素周期与步骤一确定的天线的像素周期相同；每个像素周期称为一个单元结构；
对步骤一中基本参数确定的微型全息显示器的单元结构进行扫描仿真，将确定的液晶朝向角度作为自变量A，将天线的特征变量作为自变量B；在不同的自变量A下，入射工作波长为λ的x偏振光，扫描天线特征变量的改变对同偏振方向出射光场的相位Ψxx以及透射系数Txx的影响；
对扫描结果进行汇总，筛选出天线的特征变量，即确定自变量B；筛选条件：在液晶不同的朝向设置下，需同时满足1)透过单元结构的同偏振方向出射光场的相位呈现和相位全息图中一样n阶梯度变化，相位间隔与2π/n的差值最小；2)透过单元结构的同偏振方向出射光场的透射率彼此间差值不超过0.15；
若步骤二中无法得到满足筛选条件的天线的特征变量，则将天线的初始高度、液晶层的初始厚度、微型显示器的像素周期大小或工作波长进行微调后，重复步骤二，重新进行扫描，直至筛选出满足条件的自变量B；
步骤三：确定微型全息显示器中液晶层朝向的二维排布；
将计算机全息算法生成的梯度相位全息图上的相位值与步骤二中的满足筛选条件的扫描结果相对应，即液晶的每个朝向设置都对应全息图中的某一阶相位值；随后逐个像素地匹配液晶的朝向角度与相位值，构成最终液晶层朝向的二维排布。
7.如权利要求6所述的基于超颖表面全息技术的光学加密方法，其特征在于：所述天线的材料是根据微型全息显示器的工作波长确定的，选择在所确定工作波长下损耗小的材料以确保器件的高效率；
天线的像素周期：固定像素周期P，使P满足亚波长尺寸；
天线的初始高度：固定天线的初始高度H，根据具体加工能力确定；
液晶的初始取向：初始取向满足液晶分子的指向矢平行于x轴；
液晶层的初始厚度：固定液晶层的初始厚度h，根据具体加工能力确定。
8.如权利要求6所述的集成液晶与超颖表面的微型全息显示器，其特征在于：确定液晶朝向组合的方法为：计算机算法得到的全息图可简单分为二值相位全息图和多值相位全息图，即一张全息图由不同数量的相位值构成，不同相位值的数量也称为相位全息图的阶数；若为二值相位全息图，全息图中仅含有两个相位值，阶数为2；根据相位全息图的阶数n，将90度等间距分成n个值，确定液晶朝向组合中的角度值；四阶相位全息图对应四个不同的液晶朝向角度，可等间距分为0度、30度、60度和90度，以此确定液晶朝向组合。
9.采用如权利要求6至8任意一项所述的集成液晶与超颖表面的微型全息显示器实现动态全息显示功能的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)确定外加电压的二维分布：根据步骤三中得到的液晶层朝向的二维排布，由电压和液晶指向矢之间的响应关系得到外加电压的二维分布；不同型号的液晶对电压具有不同的响应，进行实验前期测得响应关系；
(2)利用现有硅基电路技术将(1)中得到的对应特定全息图的二维电压分布加载到微型显示器的上下电极基板上，使得每个像素的出射光场都得到特定的复振幅调制，在期望的工作波长入射下便得到全息图的远场再现像；
(3)利用电路控制，不断改变电压的二维分布，则可以再现出任意多张全息图像，从而实现传统空间光调制器的动态全息显示功能。
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