近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在利用非迭代算法改善光鑷技術(shù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性三維粒子操控方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以Three-dimensional Dynamic Optical Trapping using non-iterative computer-generated holography為題，在Optics and Lasers in Engineering上發(fā)表。

連續(xù)動(dòng)態(tài)可調(diào)的三維光鑷技術(shù)具有非接觸、無(wú)損傷、快速靈活的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物細(xì)胞、粒子物理、膠體科學(xué)等領(lǐng)域。然而，基于傳統(tǒng)迭代算法，在多次迭代計(jì)算過(guò)程中無(wú)法獲得均勻度的唯一解，進(jìn)而影響光鑷操控的穩(wěn)定性。

在該項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出，通過(guò)非迭代算法可在三維空間生成高度均勻的多焦點(diǎn)分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多粒子的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)光學(xué)捕獲和操控。理論上，研究團(tuán)隊(duì)將激光焦點(diǎn)位置參數(shù)耦合到其相位公式中，實(shí)現(xiàn)了利用相位解析公式控制焦點(diǎn)分布及運(yùn)動(dòng)的目的。實(shí)驗(yàn)中，分析對(duì)比了復(fù)振幅編碼法(CA-FSP)和扇形子區(qū)相位法(FSP)兩種相位調(diào)制方法，發(fā)現(xiàn)僅利用單個(gè)空間光調(diào)制器就可實(shí)現(xiàn)了三維多焦點(diǎn)的精確定位和操控；而且，在相同條件下CA-FSP方法比FSP方法可設(shè)置更多同相位的分區(qū)數(shù)量，進(jìn)而可產(chǎn)生更高均勻度的焦斑分布，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)多粒子三維任意軌跡的穩(wěn)定操控。這種可靠的三維光鑷技術(shù)在物體的微組裝、輔助集成機(jī)器人進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)、膠體轉(zhuǎn)運(yùn)等應(yīng)用方向具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

圖1.三維光鑷技術(shù)實(shí)驗(yàn)原理圖

圖2.二維實(shí)驗(yàn)結(jié)果；同時(shí)單獨(dú)操控4個(gè)粒子實(shí)現(xiàn)“SIOM”軌跡操控

相關(guān)研究得到了中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目基金、 國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143816623000295?via%3Dihub