中國科學院西安光機所智能光鑷研究獲新進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院西安光機所在智能光鑷研究方面取得新進展，研究成果在線發表于PhotoniX(IF：15.7)。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，提出人工勢場(APF)全息光鑷(圖1a)，解決了多微粒動態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.等期刊上發表300多篇論文，授權多項國家發明專利，曾獲陜西省科學技術一等獎、二等獎和陜西省重點科技創新團隊等獎勵和榮譽。