作者:Friedemann Reinhard 来源:PRL 发布时间:2017/5/9 16:30:19
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科学家成功用无线电波生成全息图像

图片来源:P. M. Holl和 F. Reinhard/《物理评论快报》

你的无线路由器可能会以你从未料到的方式泄露你的信息。物理学家首次用来自WiFi发射机的无线电波在一个全息图中编码了一个真实物体的三维图像,类似于电影《星球大战》中由机器人R2D2投射的莱娅公主的图像。在原理上,这种技术可以让外部人士通过房间内散射出的Wi-Fi信号“看见”一个房间内部,不过一些科学家表示,这样的间谍活动说起来容易做起来难。

德国慕尼黑理工大学量子感应专家Friedemann Reinhard说,这一想法诞生于几年前。“在午餐时间我们讨论了世界会从WiFi的眼睛里看到什么。”他说,“很显然,如果你要从WiFi的眼睛里看世界,那么你就要制作全息图。”

照相机通过收集物体反射的光并将其聚焦到一个屏幕上产生强度更高或更低的二维模式,从而生成图像。与此相对,全息图更多地会利用光波的自然特性。通常会利用激光。激光被分解开,其中一半将物体反射到一个摄影底片上。另一半光(参考光)则会直接照射在底片上。像等间距的水波舔舐沙滩一样,参考光束中的光波会以平波方式抵达。与此相对,那些由物体反射的光则被它修饰,如此一来,一部分波到达底片更早,一部分到达更晚,这取决于它们在物体哪里被弹开。两束光的相关干扰形成了明亮和黑暗的光点——全息图。

这样的二维图像看起来是随机的,和物体本身完全不同。正如光波以一种最初反射自物体的产生波阵面的方式散射或衍射那样,但该物体的三维幻影可通过发出另一束光如参照光到底片上被恢复。

现在,慕尼黑理工大学研究生Reinhard和Philipp Holl利用来自一个WiFi路由器而非激光的无线电波,形成一个宽度约1米的薄铝十字架的全息图,相关成果近日发表于《物理评论快报》。

这项实验并未依赖WiFi信号中编码的数百亿个数字信息中的任何一个信息,事实上,这些信号是干净的、“连贯的”波。然而,研究人员并没有将关键的干扰模式记录到照相底片上,而是用一个WiFi发射机在计算机中重建了该物体。他们把一个WiFi发射机放在房间内十字架后面0.9米的地方。然后,他们又将一个标准的WiFi接收器放在十字架前1.4米的地方并缓缓地前后移动它,从而形成一个代替照相底片的“虚拟屏”。而且,他们并没有隔开直接到达屏幕的参照光,而是在几米远的地方之外放置了另外一个固定接收器,在那里可以直接看到发射器。

对于虚拟屏幕上的每个点,研究人员对比了同时抵达两个接收器的信号,并通过由铝十字架导致的延后制作了一个全息图。虚拟的全息图并不像传统那样,因为研究人员不能通过向其照射更多无线电波来恢复图像。相反,科学家利用计算机将无线电波在屏幕上适时向后拉到波阵面撞击物体的地方。十字架随后弹了出来。

“很明显从图像上看,那里有一个十字架。”盐湖城犹他大学电气工程师Neal Patwari说,“这令人印象深刻。”但他表示,这种方法可能在杂乱的环境中并不能很好地发挥作用。

此外,接收机和物体处于同一个屋子内,在那里很容易看得见十字架。在原理上,Reinhard说,可以把WiFi接收器放在屋子外面,对屋子内的物体成像。然而,加拿大蒙特利尔麦吉尔大学计算工程师、并未参加此项研究的Mark Coates警示,这可能有难度,特别是如果墙上有金属立筋时,还可以反射无线电波。“基本上,有很多光波来自如此多的方向,这种技术将非常具有挑战性。”Coates说。

Reinhard想的主要是把一系列WiFi感应器放在一个工厂的天花板上,来制作能够更好地跟踪标注着射频识别标签的全息图。Patwari提示,其他研究人员已经研发了更简单的方法利用偏离的WiFi信号跟踪大楼内人们的移动。这样的射频跟踪技术将很快启动,Patwari预测:“未来5到10年,人们将会把WiFi更多地用于定位,而非交流。”(来源:中国科学报 晋楠编译)

 
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