光学加密具有易于操作、多路复用和安全高效等优点，作为一种常见的加密方法广泛应用于信息安全领域。近年来，研究人员开发了许多方法来提高信息加密的安全级别：如拓宽光的发射范围，利用发光寿命进行复用编码，开发多刺激响应材料，利用表面增强拉曼散射，以及调控激光信号等。与宽带荧光相比，具有窄线宽的受激发射更易读取，并包含多重信息，如线宽、偏振、品质因子（Q）值、激光模式、阈值等。回音壁模式（WGM）微腔激光器具有高质量、模式体积小和易于加工的优势，其激光谐振模式主要受到微腔材料，尺寸和周围介质折射率的影响。因此，回音壁微腔被广泛应用于单颗粒探测、生物传感、磁场传感、温度传感、化学气体传感、压力/应力传感，主要通过检测激光模式移动、线宽展宽、偏振和多模特性，这些特性可以在信息安全领域提供多种编码信息。然而，以往利用微腔激光实现信息加密的工作为了确保微腔尺寸的可控性，主要通过电子束光刻等微加工途径制备，不利于大面积微腔激光阵列的制备。聚合物微纤维回音壁激光器，因其制备简单及材料、力学性能丰富等特点，在折射率和力学传感方面应用丰富，但目前为止，对于将聚合物激光纤维应用在信息加密方面的工作还未曾报道。

本文提出了一种可区域选择性编码的激光微纤维阵列，利用激光模式的可编程特性实现了信息加密应用。首先通过重力辅助旋转拉伸法批量制备了回音壁激光微纤维，并将其排列成阵列作为编码基材。在微纤维阵列表面的特定位置喷墨打印高折射率的二氧化钛纳米颗粒（TiO₂ NPs），能够对微腔折射率进行可编程的原位调谐，进而调控回音壁模式激光相同角量子数下的横电模(TE)和横磁模(TM)之间的模式间距。同时为了消除制备过程中微腔尺寸不均匀性引起的模式间距的误差，选取了波数间距（∆1/λ）和自由光谱范围（FSR）的比值作为编码单元，并通过对编码单元定义实现了信息加密应用。此外，为了减少散射损耗和环境干扰，将编码激光微纤维阵列封装在聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，实现了具有稳定和可编程信息存储能力的可印刷的加密芯片。

图1（a）通过重力辅助旋转拉伸法和喷墨打印制备基于WGM激光微纤维的独立式加密芯片的示意图过程。（b）用于独立式加密芯片的光致发光光谱测试示意图。（c）打印TiO₂ NPs前后的微纤维的激光光谱。

图2 喷墨打印微纤维激光特性表征。（a）激光微纤维在不同泵浦功率密度下的光谱变化过程。（b）激光发射与偏振角度的关系。（c）不同偏振角度下两组激光模式的变化，证实了TE和TM模式。（d）TE和TM偏振模式的发射强度和半高全宽对泵浦功率密度的依赖性。（e）泵浦激光的偏振方向和微纤维的轴向之间的角度不同，TE和TM模式间距固定为0.386 nm.

图3 喷墨打印激光微纤维TE和TM偏振模式间距特性。（a）随着喷墨打印次数的增加，模式间距增大而FSR减小。（b）模拟和实验的FSR与喷墨打印次数和包层折射率之间的关系。（c）模拟和实验的波数间距∆1/λ与腔体折射率之间的关系。（d）随着纤维直径增加，模式间距和FSR均减小。

图4 独立式WGM激光微纤维阵列膜及其在信息加密中的应用演示。（a）TM偏振的激光模式及其对应波数间距∆1/λ随着激光泵浦时间的变化过程。（b）模拟和实测的波数间距∆1/λ随着微纤维直径的增大而减小。（c）TM偏振模式下∆(1/λ)/FSR与喷墨打印次数的关系，其作为编码单元进行加密应用。（d）喷墨打印微激光阵列膜的解密过程。激光光谱被转换成ASCII码，可以读出“BJUT”的隐藏信息。

翟天瑞，北京工业大学教授、博士生导师。现任中国光学学会副秘书长、北京光学学会常务副理事长、北京交叉科学学会监事长等。长期从事微腔激光器研究工作，致力于探索高性能片上光源器件。在该研究领域发表SCI论文150余篇，授权国内外发明专利10余项。主持和完成国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、面上项目、北京市重点研究专题等多项课题。

郭丹，北京工业大学校聘教授，博士生导师，中国激光杂志社青年编委。入选北京市高层次人才青年项目。长期从事微纳自组装、镧系掺杂纳米材料荧光性质调控以及微腔激光研究，发表高水平学术论文30余篇，其中包括以第一作者或通讯作者在JACS, Angew. Chem., Adv. Funct. Mater., Small, NPG Asia Mater.等高水平杂志发表文章，主持和参与国家自然科学基金项目、北京市自然科学基金项目等多项课题。

Ruan J, Guo D, Ge K, et al. Printable microlaser arrays with programmable modes for information encryption. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5709-8.