近日，上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院莊松林院士、張大偉教授帶領(lǐng)的超精密光學(xué)制造團(tuán)隊(duì)在微腔激光加密方面取得突破。課題組通過(guò)構(gòu)建橢圓OAM微激光器陣列實(shí)現(xiàn)了四維光學(xué)加密，結(jié)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儲(chǔ)存以及防偽等應(yīng)用具有重要潛力。相關(guān)工作以“在微激光器中調(diào)控橢圓光子軌道實(shí)現(xiàn)高維加密”為題發(fā)表在《激光與光子學(xué)評(píng)論》(Laser Photonics Reviews)上，本文第一作者為光電學(xué)院碩士研究生毛林格，通訊作者為光電學(xué)院特聘教授喬楨。

光學(xué)加密技術(shù)因其多編碼維度、高并行性和大容量存儲(chǔ)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在信息安全領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。隨著光學(xué)編碼維度的增加，信息加密的復(fù)雜度也會(huì)顯著提升。因此，多維光學(xué)加密是提升信息儲(chǔ)存安全性的關(guān)鍵技術(shù)。微腔激光器作為新一代光學(xué)加密器件，其出射激光表現(xiàn)出多維光學(xué)特征，因而能夠?yàn)榧�成化多維光學(xué)加密器件提供創(chuàng)新平臺(tái)。此外，激光特性對(duì)于微腔的細(xì)微變化極其敏感，微腔激光器具有天然的不可克隆功能（PUF），這為信息安全又增添了一道保障。

橢圓OAM微激光器用于多維光學(xué)加密示意圖

在各類(lèi)編碼維度中，對(duì)于光子軌道角動(dòng)量（OAM）的調(diào)控因其加密維度的拓展能力而備受關(guān)注。在光波長(zhǎng)、偏振等復(fù)用維度趨近飽和的情況下，探索OAM的創(chuàng)新模分復(fù)用（MDM）方法，能夠有效提升光學(xué)加密的維度數(shù)量。然而，由于缺乏OAM模式的精準(zhǔn)調(diào)控手段，基于微腔激光器的光學(xué)加密維度仍處于較低水平。

微腔激光器陣列的四維加密

為突破這一限制，研究人員通過(guò)在法布里-珀羅微腔內(nèi)創(chuàng)建介電橢環(huán)陣列，實(shí)現(xiàn)了橢圓光子軌道角動(dòng)量模式陣列的產(chǎn)生以及多維加密，加密維度包括橢圓光子軌道角動(dòng)量模式的角向階數(shù)l、徑向階數(shù)p、橢偏度ε以及長(zhǎng)軸方向θ。此外，因腔內(nèi)等效光子勢(shì)對(duì)微腔的高度敏感性，每個(gè)橢圓光子軌道角動(dòng)量模式都表現(xiàn)出不可克隆性的激光圖案。橢圓光子軌道角動(dòng)量微腔激光器陣列的多維編碼與不可克隆功能，構(gòu)成了高度安全性的加密系統(tǒng)。

相較于僅利用角向階數(shù)作為編碼維度的傳統(tǒng)光子軌道角動(dòng)量加密方案，該方法打破了光子軌道的中心對(duì)稱(chēng)性，構(gòu)建了四維參數(shù)空間的光學(xué)加密系統(tǒng)。利用這些幾何參數(shù)的連續(xù)可調(diào)特性以及激光不可復(fù)制性，該方法在大容量信息加密、防偽等方面具有重要應(yīng)用前景。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202500238