科学家成功用无线电波生成全息图像

照片来源:霍尔和赖因哈德/物理评论信

您的无线路由器可能会以您意想不到的方式泄露您的信息。物理学家第一次利用无线发射机发出的无线电波，将真实物体的三维图像编码成全息图，类似于机器人R2D2在电影《星球大战》中投射的莱娅公主的图像。原则上，这项技术允许外人通过房间里散落的无线信号“看到”房间的内部，但是一些科学家说这种间谍活动说起来容易做起来难。

德国慕尼黑工业大学的量子感应专家弗里德曼·赖因哈德说，这个想法是几年前产生的。"在午餐时间，我们讨论了世界在无线网络眼中会看到什么。"他说，“很明显，如果你想通过无线眼睛看世界，那么你必须制作全息图。”

照相机通过收集物体反射的光并将其聚焦在屏幕上以产生具有更高或更低强度的二维模式来生成图像。相反，全息图更多地利用光波的自然特性。通常使用激光。激光被分割，其中一半将物体反射到摄影底片上。另一半光(参考光)将直接照亮底片。就像波浪以相等的间隔在海滩上拍打一样，参考光束中的光波以平坦的波形到达。相比之下，被物体反射的光被它改变了，所以有些波到达负波的时间更早，有些波到达负波的时间更晚，这取决于它们被物体反射的位置。两束光的相关干涉形成亮斑和暗斑——全息图。

这种二维图像看起来是随机的，与物体本身完全不同。就像光波以最初从物体波前反射的方式被散射或衍射一样，物体的三维模型可以通过发射另一束光(例如参考光)到基底上来恢复。

现在，慕尼黑工业大学的研究生赖因哈德和菲利普·霍尔用无线路由器发出的无线电波代替激光来制作一个宽约1米的铝十字架全息图。相关结果最近发表在《物理评论快报》上。

这项实验不依赖于无线信号中编码的数百亿数字信息。事实上，这些信号是干净的“相干”波。然而，研究人员没有在摄影底片上记录关键的干涉图案，而是使用无线发射器在计算机中重建了物体。他们在房间的十字架后面0.9米处安装了一个WiFi发射器。然后，他们在十字架前1.4米处放置一个标准的WiFi接收器，并慢慢地来回移动，形成一个“虚拟屏幕”，而不是照相底片。此外，他们没有把直接到达屏幕的参考光分开，而是把另一个固定的接收器放在几米远的地方，在那里可以直接看到发射器。

对于虚拟屏幕上的每个点，研究人员比较了同时到达两个接收器的信号，并通过铝十字造成的延迟制作了全息图。虚拟全息图不同于传统全息图，因为研究人员无法通过用更多的无线电波照射来恢复图像。相反，科学家们使用计算机在正确的时间将无线电波拉回屏幕，到达波前撞击物体的地方。然后十字架弹了出来。

"很明显，从图像上看，有一个十字架."盐湖城犹他大学的电气工程师尼尔帕特瓦里说，“这令人印象深刻。”然而，他说这种方法在混乱的环境中可能无法很好地工作。

此外，接收器和物体在同一个房间，在那里可以很容易地看到十字架。赖因哈德说，原则上来说，无线接收器可以放在房子外面，对房子里的物体进行成像。然而，加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的计算工程师马克·科茨(Mark Coates)没有参与这项研究，他警告说，这可能很困难，尤其是如果墙上有金属钉，它也能反射无线电波。“基本上，有许多光波来自如此多的方向，这项技术将非常具有挑战性。”科茨说。

赖因哈德的主要想法是在一家工厂的天花板上安装一系列无线传感器来制作全息图，以便更好地跟踪射频识别标签。帕特瓦里建议，其他研究人员已经开发了更简单的方法，利用偏离的WiFi信号来跟踪建筑物中的人的运动。帕特瓦里预测，这种无线电频率跟踪技术将很快启动:“在未来5到10年，人们将更多地使用无线网络进行定位，而不是通信。”(晋南编)

《中国科学日报》(2017-05-08第三版国际版)

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