上海光机所在利用非迭代算法提高光镊技术稳定性方面取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在利用非迭代算法改善光镊技术进而实现高稳定性三维粒子操控方面取得进展，相关成果以Three-dimensional Dynamic Optical Trapping using non-iterative computer-generated holography为题，在Optics and Lasers in Engineering上发表。 　　

连续动态可调的三维光镊技术具有非接触、无损伤、快速灵活的特点，被广泛应用于生物细胞、粒子物理、胶体科学等领域。然而，基于传统迭代算法，在多次迭代计算过程中无法获得均匀度的唯一解，进而影响光镊操控的稳定性。 　　

在该项工作中，研究团队创新性地提出，通过非迭代算法可在三维空间生成高度均匀的多焦点分布，进而实现了对多粒子的稳定动态光学捕获和操控。理论上，研究团队将激光焦点位置参数耦合到其相位公式中，实现了利用相位解析公式控制焦点分布及运动的目的。实验中，分析对比了复振幅编码法(CA-FSP)和扇形子区相位法(FSP)两种相位调制方法，发现仅利用单个空间光调制器就可实现了三维多焦点的精确定位和操控；而且，在相同条件下CA-FSP方法比FSP方法可设置更多同相位的分区数量，进而可产生更高均匀度的焦斑分布，最终实现了对多粒子三维任意轨迹的稳定操控。这种可靠的三维光镊技术在物体的微组装、辅助集成机器人进行细胞转运、胶体转运等应用方向具有广泛的应用价值。 　　

相关研究得到了中国科学院前沿科学重点研究计划项目基金、 国家自然科学基金等的支持。 　　

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图1 三维光镊技术实验原理图

图2 二维实验结果；同时单独操控4个粒子实现“SIOM”轨迹操控