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西安光机所在超表面光学微《操纵领》：域取得新进展
西安5月6日电(记者阿琳娜)记者6日从西安光机所获悉，该所与南京大学、香港科技大学、瑞士洛桑联邦理工学院的联合研究，提出并展示了一种“广义超构光学扳手”新型器件，为光学微操纵技术向高维度、多目标协同控制提供新路径。
据了解，该器件基于超构表面光场调控原理，可在三维空间内对微纳物体进行可编程操控。形象而言，它如同一把由激光构成的“微型扳手”，不仅可以按照预设路线“抓住”并“旋转”微纳物体，还可以同时形成多个光扳手，实现不同路径的并行输运。该成果有力推动了光学微操纵器件向功能复用与芯片集成方向发展。
当前，光子器件的小型化与片上集成，已成为面向微纳制造及新一代信息科技的重要发展方向。在光学微操纵领域，构建光扳手是实现微纳粒子输运的关键途径。但过去要产生和调控这样的光扳手，往往需要体积较大的光场调控设备。近年来发展的超构表面光扳手虽突破了体积限制，但仍存在功能复用度低、操控模式单一、难以满足多目标高维轨迹定制等问题。
广义超构光学扳手的概念及其功能示意图。西安光机所供图针对上述挑战，联合研究团队提出可调控纵向演化与横向阵列分布的广义光扳手方案。在纵向维度上，引入“冻结波”理论，在传播轴上构建具有预设强度和相位梯度的光扳手，赋予其随传播形态演化的能力。在横向维度上，通过叠加特定的偏折相位，构建出光学扳手阵列。
在此基础上，研究人员进一步发展了全复振幅调控技术，通过定制特殊琼斯矩阵，独立优化纳米柱的长度、宽度和面内旋转角，实现了对正交偏振与同偏振分量的相位延迟及转换效率的精确调控，构建出多功能偏振复用光操控器件。
这一成果的取得，离不开西安光机所与相关单位的长期合作基础。此前，西安光机所团队与南京大学团队联合，研制了具有横向光力驱动的多自由度“超构载具”。在本次联合攻关中，西安光机所再次发挥在光学微操纵领域的技术积累与理论储备，不仅为两类超构表面的光场设计提供重要理论指导，更为该器件的功能验证搭建了实验平台并开展性能测试。
研究中通过引入前期发展的等弧长采样相位设计方法，协同优化了相位梯度与场强梯度力。这相当于让光扳手在“拉住”微粒的同时，也能更平稳地“带着”微粒运动，从而解决因局部强度梯度导致的微粒输运受阻问题。
实验结果显示，该器件能够使任意形状的光扳手兼具束缚与输运微粒的能力，实现多微粒的面内及面外稳定并行操控，有力证实了“广义超构光学扳手”在多目标、高维度轨迹定制方面的卓越性能，有望为光学微操纵系统的片上集成提供关键器件。
据悉，西安光机所姚保利、徐孝浩团队长期在光场调控与光学微操纵方面开展理论和实验研究工作，持续推动光镊技术从基础原理走向器件化应用。(完)
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