近日，上海理工大學光電信息與計算機工程學院莊松林院士、張大偉教授帶領的超精密光學制造團隊在微腔激光加密方面取得突破。課題組通過構建橢圓OAM微激光器陣列實現了四維光學加密，結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存以及防偽等應用具有重要潛力。相關工作以“在微激光器中調控橢圓光子軌道實現高維加密”為題發表在《激光與光子學評論》(Laser Photonics Reviews)上，本文第一作者為光電學院碩士研究生毛林格，通訊作者為光電學院特聘教授喬楨。
光學加密技術因其多編碼維度、高并行性和大容量存儲等獨特優勢，在信息安全領域具有重要應用價值。隨著光學編碼維度的增加，信息加密的復雜度也會顯著提升。因此，多維光學加密是提升信息儲存安全性的關鍵技術。微腔激光器作為新一代光學加密器件，其出射激光表現出多維光學特征，因而能夠為集成化多維光學加密器件提供創新平臺。此外，激光特性對于微腔的細微變化極其敏感，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。
在各類編碼維度中，對于光子軌道角動量（OAM）的調控因其加密維度的拓展能力而備受關注。在光波長、偏振等復用維度趨近飽和的情況下，探索OAM的創新模分復用（MDM）方法，能夠有效提升光學加密的維度數量。然而，由于缺乏OAM模式的精準調控手段，基于微腔激光器的光學加密維度仍處于較低水平。
為突破這一限制，研究人員通過在法布里-珀羅微腔內創建介電橢環陣列，實現了橢圓光子軌道角動量模式陣列的產生以及多維加密，加密維度包括橢圓光子軌道角動量模式的角向階數l、徑向階數p、橢偏度ε以及長軸方向θ。此外，因腔內等效光子勢對微腔的高度敏感性，每個橢圓光子軌道角動量模式都表現出不可克隆性的激光圖案。橢圓光子軌道角動量微腔激光器陣列的多維編碼與不可克隆功能，構成了高度安全性的加密系統。
相較于僅利用角向階數作為編碼維度的傳統光子軌道角動量加密方案，該方法打破了光子軌道的中心對稱性，構建了四維參數空間的光學加密系統。利用這些幾何參數的連續可調特性以及激光不可復制性，該方法在大容量信息加密、防偽等方面具有重要應用前景。
微腔激光器陣列的四維加密
（原文：中國光學期刊網2025-06-10）
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