南京大学重磅突破！声学全息黑科技来了

近期，南京大学物理学院声学研究所、近代声学教育部重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心梁彬教授和程建春教授课题组在声全息操控方面取得重要进展，首次在声学体系中实现轨道角动量和频率多维度复用的高容量加密声全息，相关研究发表于国际顶级期刊《自然-通讯》，这一突破解决了声学全息领域的关键难题，也为多个前沿产业的升级打开了全新想象空间。

简单来说，声全息技术就是用声波打造3D“全息投影”，能精准记录并重构复杂的三维声场，在超声医疗、智能制造、海洋探测等领域具有重要的应用价值。然而，传统声全息技术一直受困于设备复杂、成本高、信息容量小、保密性差等问题，难以实现产业化落地。

梁彬教授和程建春教授课题组提出的“基于多维复用声学超表面的高容量加密声全息机制”是一项原创性声学技术，它通过轨道角动量（OAM）与频率的多维度复用，实现了对声场的自由调控和声信息的加密保护。这项技术不仅突破了传统声全息的容量限制，还通过“双密钥”机制（特定OAM拓扑荷与频率的组合）为声学信息处理提供了安全保障。该技术的核心创新在于设计了一种能够独立调控声波全部自由度（幅度、相位、频率及OAM）的超材料像素单元，使同一超表面可并行存储和重构多幅声全息图像，同时确保信息传输的安全性。这一技术在医学疗诊、工业检测、声学通信和微粒操控等领域展现出广阔的应用前景，有望为相关前沿领域的技术革新提供新的解决方案。

图1 轨道角动量和频率多维复用的高容量加密声全息的原理示意图

图2 （a）对目标图像进行空间采样；（b）计算具有轨道角动量与频率选择性的声全息图的流程示意图；（c）目标图像（上）与重构的全息图像（下）。

例如，在医学诊断与治疗领域，该技术可根据实际需求灵活调控声场的空间形态，实现多病灶同步超声消融、血脑屏障多靶点开放和多目标超声刺激神经等应用，显著提升治疗效率和安全性；在工业检测与材料分析领域，该技术有助于实现材料的多区域同步检测，提升检测效率和准确率；在信息安全与加密通信领域，该技术可应用于水下军事保密通信和工业物联网声学加密等领域，提供物理层面的安全保障；在微粒操控领域，该技术可实现微小物体的非接触式灵活组装、生物药物精准递送与分选，拓展声学技术的应用边界；在声学数据存储与处理领域，该技术可应用于声学全息加密数据存储，提供高容量、高安全性的存储和处理方案。

南京大学该项成果是我国在声学超材料与全息技术领域的重要原创突破，兼具技术领先性与产业化可行性。未来，随着产学研的深度融合，实验室的技术成果将逐步转化为工业级产品，在国家战略新兴产业中发挥重要作用，助力我国在声学前沿技术领域占据国际竞争优势。

来源：南京栖霞发布