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超强激光科学卓越创新简报

(第七百四十期)

2025年12月18日

上海光机所在基于飞秒激光退火铒掺杂硅在新型多层荧光加密技术方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所光电前沿交叉部王俊研究员团队，在基于飞秒激光退火铒掺杂硅在新型多层荧光加密技术方面取得进展。相关研究成果以“High-Capacity Multilayered Luminescent Encryption Technology Based on Er-Implanted Silicon Treated by Pulsed Laser Annealing”为题，发表于ACS Applied Materials & Interfaces。

商品假冒问题在医药、高科技等领域尤为突出。打击假冒伪劣最有效的手段是要充分利用防伪标签，包括快响应（QR）码、结构色、全息图、发光墨水等，基于光学发光材料的发光标签是一种新兴的加密方法。

本研究提出的基于飞秒激光退火铒掺杂硅的多层红外荧光加密技术，为高端商品防伪提供了低成本、高容量的创新解决方案。该技术有效突破传统防伪标签设计复杂、信息存储量有限的瓶颈：通过离子注入技术将铒、氧、硼等元素注入单晶硅片后，借助飞秒激光的高精度特性进行局部退火处理，构建出稳定可控的多层光致发光图案（如 QR 码）。相较于整体退火技术，飞秒激光可精准调控焦点位置与能量，而铒的发光对环境敏感，不同退火条件能调节铒 / 氧 / 硼共掺杂硅的发光强度，使加密标签在不同泵浦功率下呈现差异化荧光强度，进而实现多通道信息加密，大幅提升防伪安全性与信息存储能力，最终形成灵活、可控、稳定、高精度、低成本的多层硅防伪 PL 标签。除防伪领域外，这种经飞秒激光处理的铒掺杂硅材料，还有望成为量子光源或通信波段激光增益材料，为光电子领域提供新的技术支撑。该技术的低成本优势和CMOS工艺兼容性，使其在奢侈品、高科技产品等防伪需求较高的领域具有广阔应用前景。

相关研究得到了国家自然科学基金和上海市青年科技英才扬帆计划项目支持。

原文链接

图1 (a)光学显微镜下14nJ的亮场图像。(b) 808 nm激发下14 nJ的红外QR码图像。(c)可被流动电话识别的荧光标签。(d)双层荧光标记处理示意图。(e)光学显微镜下6 nJ和14 nJ双分子层的亮场图像。(f) 808 nm激发下6个nJ和14个nJ双分子层图像。(g)蟒提取后得到的14 nJ QR码。比例尺对应20µm in （a,b,e,f,g）。

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