近日，中科院西安光機所在智能光鑷研究方面取得新進展，研究成果在線發(fā)表于PhotoniX。論文第一作者為博士研究生李星，通信作者為徐孝浩和姚保利。

全息光鑷（HOT）是構造新穎物質結構、研究細胞相互作用、實現量子計算的重要手段，該技術通過光場調控手段構建多光阱，可同時捕獲并操控多個粒子，從而將它們排列組裝成特定圖案結構。然而在實際應用過程中，并行操控易使粒子間發(fā)生碰撞（尤其是對于高密度的微粒集群），繼而引起粒子團聚或丟失，使得組裝結構存在缺陷，因此需分批、依次將微粒移動到目標位置，導致組裝效率低下。

圖1.基于人工勢場全息光鑷的微粒陣列無缺陷全并行組裝及變換

為解決上述問題，研究團隊受無人機集群控制和水下機器人隊列操縱技術啟發(fā)，提出人工勢場（APF）全息光鑷(圖1a)，解決了多微粒動態(tài)光學微操控過程中粒子間相互碰撞問題，實現了微粒集群的全并行最優(yōu)路徑控制和結構組裝。該技術通過人工智能算法為光阱中的微粒額外添加虛擬排斥場，排斥作用力與微粒間距成反比，使微粒在碰撞即將發(fā)生時通過局部位移有效繞過障礙(圖1b)，基于此，可通過全額并行操控實現對微粒陣列的無缺陷組裝（圖1c,d)，使組裝效率最大化，同時，利用匈牙利算法得到的最小路徑優(yōu)化方案可以實現不同圖案間的高效轉換(圖1e)。

此項研究為西安光機所加速布局“AI+光學”技術探索的重要成果，有助于推進光鑷在多比特量子計算、微納級顯示和生命科學等領域研究中的應用，對于發(fā)展其它微觀物質組裝方法（如全息聲鑷）也具有啟示性意義。

西安光機所姚保利團隊近年來在AI光學交叉領域開展了深入研究，形成了多種新型光學顯微成像和微操縱技術，在Nat. Commun.、PNAS、PRL、Rep. Prog. Phys.、Adv. Opt. Photon.等期刊上發(fā)表300多篇論文，授權多項國家發(fā)明專利，曾獲陜西省科學技術一等獎、二等獎和陜西省重點科技創(chuàng)新團隊等獎勵和榮譽。

論文鏈接：https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-024-00144-5