飞秒激光成防伪关键技术，加速证卡国产化进程

最近，杭州研究院先进视觉研究所石理平教授团队与上海冠众光学科技有限公司合作，提出了一种基于飞秒激光诱导的物理不可克隆纳米纹理，将其应用于高安全等级身份证卡防伪。这项技术，为下一代国家级身份证卡安全提供有力的防伪屏障，并推动飞秒激光技术在身份安全领域的发展。

下一代国产防伪技术问世

当前，身份证、护照等高价值身份识别证件的传统防伪工艺，虽然有很高的工艺壁垒、仿造的技术难度和成本。但这一方法存在着致命缺陷，就是证件本身没有独一无二的物理防伪标识，缺少“证卡载体”与“识别个人”之间的唯一性绑定防伪元素。一旦关键工艺被破解，证件就能被轻松复制，带来人信息安全乃至国家安全难以估量的风险。

针对当前防伪技术领域的这一问题，西电杭研院和上海冠众光学有限公司成立的联合实验室开发的物理不可克隆（PUF，Physical Unclonable Function）技术，或将成为下一代国产证卡防伪技术的解决方案。这项技术为每个证卡打造专属的“生物指纹”，在物理层面上实现了真正的不可复制性。但是，目前大部分PUF标签仍可通过化学合成实现，存在性质不稳定、制造效率低等问题，难以进行大规模批量生产。

为解决影响PUF实际应用中的瓶颈问题，石理平教授研究团队创新利用飞秒激光技术，在硅与金属多层纳米膜前驱体上激发表面等离子体波的干涉效应，生成独特的PUF纳米纹理。该纳米纹理在飞秒激光照射的0.1秒内即可形成，无需依赖缓慢的化学反应过程，也不使用有毒有害原料，微观防伪图案得以高质量、快速打印，显著提升生产效率。

飞秒激光“冷加工”的特性，使其能够兼容常用的聚合物证卡材料。考虑到身份证卡的使用场景及用户心理，PUF纳米纹理的防伪图案在宏观上呈现可变结构色，兼顾高安全等级防伪特性的同时，也提高了证卡防伪元素的美观性。

石理平教授表示：这种PUF纳米纹理在飞秒激光作用下，硅的晶态从非晶态转变到多晶态，并在纹理表面形成氧化层保护膜，极大增强了防复制性。这一独特的飞秒激光诱导重结晶PUF纳米纹理，具备生物指纹般的独特性，在光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜等检测设备下显示出极高的防伪特性，克服了传统浮雕结构PUF可能被扫描光刻或纳米压印复制的技术难题。

（a）飞秒光场空间整形打印；（b）具有PUF防伪图案的模拟身份证卡；（c）PUF微型二维码；（d）PUF随机纳米纹理；（e）具有阵列防伪标记的聚碳酸脂薄膜；（f）微型防伪二维码的可变结构色

另外，为了方便后端识别，研究团队还将轻量化神经网络MobileViT应用到PUF纳米纹理的识别认证，构建了身份证卡从生产制造到终端认证的完整防伪体系，这套神经网络系统可以在零点几秒内做出识别，速度非常快。同时，这套系统还可以移植到手机APP中，将来通过手机就能与数据库进行比对，进一步提升防伪认证的效率。

证卡国产替代将指日可待

2023年，上海冠众光学向石教授发来了合作意向，针对下一代证卡的防伪技术成立了联合实验室。期间，研究团队通过拆解国外护照、证卡，研究分析里面用到的技术。他们在这个过程中发现，西方已经开始用飞秒激光在做证卡的防伪技术。同时，基于石教授长期在飞秒激光加工方面的研究经验和技术储备，终于在2024年11月国际顶尖期刊《Advanced Science》上发表论文，公布这一最新的研发成果。

石教授表示，这项技术的研发背景，其核心就是我国证卡的国产化问题。以前，我国公民使用的护照采用的是德国公司生产制造的。直到2017年，国家决定下一代护照要实现国产化。

当前，公安部还没有公布下一代证卡的制定标准，现在还处于方案征集阶段。下一代护照的防伪技术，是不是采用联合实验室开发的这项技术，将由出入境管理局决定。

护照的国产化进程并非易事，其主要原因在于证卡防伪产业链的国产化不全，要想实现整本护照的国产化，涉及到多种技术，既包含了芯片制造技术，又有新版护照使用的聚碳酸酯材料，还有封面上国徽的烫金工艺等。一本护照代表的是国家形象，相当于国家名片，所以要做好做精。目前，我国公民主要使用的四大证件（身份证、驾驶证、护照和港澳通行证），都由不同的厂家负责生产，而上海冠众主要负责护照和港澳通行证的生产。

因为不对外公布，所以石教授只能口头描述他接触到的下一代护照样本。研发中的护照样本，虽然尺寸大小和现在的护照基本一致，但触摸手感完全不同。而下一代护照将会采用先进聚碳酸酯材质，所有个人信息都会压印到塑料材质内部，而不会像现在的纸质护照可以在表面进行涂改。

谈及飞秒激光的未来发展，他表示，随着飞秒激光器的能量进一步提高，脉冲压缩，未来的应用场景将更丰富。纳秒、皮秒能加工的场景，飞秒一定能做；但飞秒能加工的地方，纳秒和皮秒不一定做得了。

比如说材料的内部加工，或者在材质表面上打非常精细的深孔，这些都是典型的飞秒激光加工场景。在工业应用方面，飞秒激光同样将在硬脆材料加工，比如陶瓷、碳化硅、氮化铝上有广泛应用。另外，在医美和医疗行业的皮肤科、齿科和泌尿外科都会找到飞秒激光的应用场景。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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