Abstract Terahertz modulators play a critical role in high-speed wireless communication, non-destructive imaging, and so on, which have attracted a large amount of research interest. Nevertheless, all-optical terahertz modulation, an ultrafast dynamical control approach, remains to be limited in terms of encoding and multifunction. Here we experimentally demonstrated an optical-programmed terahertz switching realized by combining optical metasurfaces with the terahertz metasurface, resulting in 2-bit dual-channel terahertz encoding. The terahertz metasurface, made up of semiconductor islands and artificial microstructures, enables effective all-optical programming by providing multiple frequency channels with ultrafast modulation at the nanosecond level. Meanwhile, optical metasurfaces covered in terahertz metasurface alter the spatial light field distribution to obtain color code. According to the time-domain coupled mode theory analysis, the energy dissipation modes in terahertz metasurface can be independently controlled by color excitation, which explains the principle of 2-bit encoding well. This work establishes a platform for all-optical programmed terahertz metadevices and may further advance the application of composite metasurface in terahertz manipulation.

Optical image encryption has long been an important concept in the fields of photonic network processing and communication. Here, we propose a convolution-like operation-based optical image encryption algorithm exploiting a silicon photonic multiplexing architecture to achieve content security. Particularly, the encryption process is completed in a 3 × 3 cross-shaped photonic micro-ring resonator (MRR) array on chip. For the first time, to the best of our knowledge, this algorithm encodes information in an integrated intensity modulation, effectively reducing the encoding difficulty. Moreover, the high reliability and scalability of optical encryption are ensured using both linear and nonlinear operations on photonic chips according to characteristics of MRRs. As the encryption and decryption experiments show, the image restoration accuracy of our optical encryption algorithm exceeds 99% under real system noise at the pixel level, indicating its noise-robust property. Meanwhile, the peak signal-to-noise ratios of the restored and encrypted images are >60 and <15 dB, respectively, revealing both the high accuracy of the restored image and the small correlation between the encrypted and original images. This work adds to the rapidly expanding field of optical image encryption on photonic chips.