研究生吳子恒在《Optics Express》發表光學捕獲研究成果
近日，伟德国际1946官方网應用光學研究中心胡友友副教授團隊在激光技術及光場調控方面取得研究進展，在國際知名光學期刊《Optics Express》（中科院物理與天體物理大類2區，TOP期刊，影響因子：3.833）上發表研究論文《Optical trapping of multiple particles based on rotationally-symmetric power-exponent-phase vortex beam》(DOI: 10.1364/OE.476031)，論文第一作者為2020級碩士研究生吳子恒，通訊作者為胡友友副教授，伟德国际1946官方网為第一署名單位。
光學捕獲是指在三維方向上通過緊聚焦的激光穩定捕獲粒子，也稱為光鑷技術。自從1986年亞瑟·阿什金首次發明光鑷，它們已成為捕獲、操縱和表征原子、微納米顆粒以及生物分子、病毒、細菌和細胞的關鍵技術，亞瑟·阿什金也憑此獲得2018年諾貝爾物理學獎。光鑷中常用的光束有高斯光束，貝塞爾光束、渦旋光束、圓柱矢量光束等。随着對多分子運動是需求的不斷增加，廣泛需要光鑷捕獲多個粒子。但是迄今為止，應用到多粒子捕獲的光束如完美渦旋光、高階貝塞爾光、拉蓋爾-高斯光，具有相同的缺點。它們捕獲多粒子時，粒子在光環上不規則地移動，其軌迹無法确定，捕獲的粒子數量也不确定。經研究發現，旋轉對稱幂指數渦旋光(RSPEPVBs)具有扇葉型光強分布且扇葉型光瓣數與拓撲荷數一緻，應用RSPEPVBs的光鑷可以克服軌道和粒子捕獲數量不确定的缺點。這對多粒子捕獲具有重要意義。
圖.1 RSPEPVB捕獲和操縱粒子的光鑷實驗裝置圖
該論文設計了一套産生并應用RSPEPVBs的捕獲多粒子的光鑷系統，如圖1所示。線偏振片(LP)與空間光調制器(SLM)組成的系統通過相應的相位圖将波前編碼來産生特定的結構光RSPEPVBs。通過一階渦旋波片(VWP)産生徑向偏振RSPEPVBs。二向色鏡(DM)将激光從光路中的LED的白光中分離出來。光束通過高數值孔徑的物鏡(Objective Lens)緊聚焦，在樣品(Sample)溶液中形成光阱。光阱中梯度力、散射力、重力和浮力形成平衡穩定捕獲二氧化矽粒子。攜帶樣品捕獲信息的白光經過消色差透鏡(AL)和濾波片(Filter)，去除了激光的影響，可以在CMOS上獲得更清晰的多粒子捕獲圖像。該論文基于緊聚焦和光力理論，建立了RSPEPVBs的光學力模型，分析了緊聚焦RSPEPVBs的光阱剛度。并通過實驗證明可以實現多粒子捕獲。
相關工作受到江蘇省重點研發計劃，江蘇省自然科學基金，伟德国际1946官方网新興科技團隊項目，伟德国际1946官方网青年科技項目等項目資助。
論文鍊接：http://doi.org/10.1364/OE.476031