上海理工在微腔激光加密方面取得突破

近日，上海理工大学光电信息与计算机工程学院庄松林院士、张大伟教授带领的超精密光学制造团队在微腔激光加密方面取得突破。课题组通过构建椭圆OAM微激光器阵列实现了四维光学加密，结合微腔激光器的不可克隆功能（PUF），所提出的加密方案在高安全性信息储存以及防伪等应用具有重要潜力。相关工作以“在微激光器中调控椭圆光子轨道实现高维加密”为题发表在《激光与光子学评论》(Laser Photonics Reviews)上，本文第一作者为光电学院硕士研究生毛林格，通讯作者为光电学院特聘教授乔桢。

光学加密技术因其多编码维度、高并行性和大容量存储等独特优势，在信息安全领域具有重要应用价值。随着光学编码维度的增加，信息加密的复杂度也会显著提升。因此，多维光学加密是提升信息储存安全性的关键技术。微腔激光器作为新一代光学加密器件，其出射激光表现出多维光学特征，因而能够为集成化多维光学加密器件提供创新平台。此外，激光特性对于微腔的细微变化极其敏感，微腔激光器具有天然的不可克隆功能（PUF），这为信息安全又增添了一道保障。

椭圆OAM微激光器用于多维光学加密示意图

在各类编码维度中，对于光子轨道角动量（OAM）的调控因其加密维度的拓展能力而备受关注。在光波长、偏振等复用维度趋近饱和的情况下，探索OAM的创新模分复用（MDM）方法，能够有效提升光学加密的维度数量。然而，由于缺乏OAM模式的精准调控手段，基于微腔激光器的光学加密维度仍处于较低水平。

微腔激光器阵列的四维加密

为突破这一限制，研究人员通过在法布里-珀罗微腔内创建介电椭环阵列，实现了椭圆光子轨道角动量模式阵列的产生以及多维加密，加密维度包括椭圆光子轨道角动量模式的角向阶数l、径向阶数p、椭偏度ε以及长轴方向θ。此外，因腔内等效光子势对微腔的高度敏感性，每个椭圆光子轨道角动量模式都表现出不可克隆性的激光图案。椭圆光子轨道角动量微腔激光器阵列的多维编码与不可克隆功能，构成了高度安全性的加密系统。

相较于仅利用角向阶数作为编码维度的传统光子轨道角动量加密方案，该方法打破了光子轨道的中心对称性，构建了四维参数空间的光学加密系统。利用这些几何参数的连续可调特性以及激光不可复制性，该方法在大容量信息加密、防伪等方面具有重要应用前景。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202500238