近日，杭州研究院先進視覺研究所石理平教授團隊與上海冠眾光學科技有限公司合作，提出了一種基于飛秒激光誘導的物理不可克隆納米紋理，并將其應用于高安全等級身份證卡防偽。研究成果以《Femtosecond laser-induced recrystallized nanotexturing for identity document security with physical unclonable functions》為題，在國際頂尖期刊《Advanced Science》上發(fā)表。本研究結合飛秒激光與人工智能的雙重技術優(yōu)勢，為下一代國家級身份證卡安全提供有力防偽屏障，進一步推動飛秒激光技術在身份安全領域的發(fā)展。

當前，偽造身份證、護照等高價值身份識別證件，成為個人信息安全乃至國家安全面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。為應對這一風險，傳統(tǒng)的防偽技術構建起了復雜的“制證工藝長城”，意在打造工藝壁壘，提高仿造的技術難度和成本。然而，這一方法存在一個致命缺陷：證件本身沒有獨一無二的物理防偽標識，缺少“證卡載體”與“識別個人”之間的唯一性綁定防偽元素。一旦關鍵工藝被破解，證件即可輕松復制，帶來難以估量的風險。

圖1：飛秒光場空間整形打印。

針對防偽領域的這一問題，物理不可克�。≒UF，Physical Unclonable Function）技術出現(xiàn)，成為極具潛力的解決方案。這項技術能夠為每個證卡打造專屬的“生物指紋”，在物理層面上實現(xiàn)了真正的不可復制性。但是，目前大部分PUF標簽仍通過緩慢的化學合成實現(xiàn)，存在性質不穩(wěn)定、制造效率低等問題，難以進行大規(guī)模批量生產。

為解決影響PUF實際應用中的瓶頸問題，石理平教授研究團隊創(chuàng)新利用飛秒激光技術，在硅與金屬多層納米膜前驅體上激發(fā)表面等離子體波的干涉效應，生成獨特的PUF納米紋理。該納米紋理在飛秒激光照射的0.1s內即可形成，無需依賴緩慢化學反應過程，也不使用有毒有害原料，微觀防偽圖案得以高質量、快速打印，顯著提升生產效率。

圖2：具有PUF防偽圖案的模擬身份證卡。

此外，飛秒激光“冷加工”的特性，使其能夠兼容常用的聚合物證卡材料。考慮到身份證卡的使用場景及用戶心理，PUF納米紋理的防偽圖案在宏觀上呈現(xiàn)可變結構色，兼顧高安全等級防偽特性的同時，也提高了證卡防偽元素的美觀性。

圖3：(c)PUF微型二維碼；(d)PUF隨機納米紋理；(e)具有陣列防偽標記的聚碳酸脂薄膜。

相關研究還表明，這種PUF納米紋理在飛秒激光作用下，硅的晶態(tài)從非晶態(tài)轉變到多晶態(tài)，并在紋理表面形成氧化層保護膜，極大地增強了其防復制性。這一獨特的飛秒激光誘導重結晶PUF納米紋理具備生物指紋般的獨特性，在光學顯微鏡、掃描電鏡和原子力顯微鏡等檢測設備下顯示出極高的防偽特性，克服了傳統(tǒng)浮雕結構PUF可能被掃描光刻或納米壓印復制的技術難題。

圖4：微型防偽二維碼的可變結構色。

為使這項防偽技術在實際應用中更具便利性和普適性，研究團隊進一步將輕量化神經網絡MobileViT應用到PUF納米紋理的識別認證，構建了身份證卡從生產制造到終端認證的完整防偽體系。