【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)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(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(gòu)造新穎物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究細胞相互作用、實現(xiàn)量子計算的重要手段，該技術(shù)通過光場調(diào)控手段構(gòu)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(jié)構(gòu)。然而在實際應(yīng)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(jié)構(gòu)存在缺陷，因此需分批、依次將微粒移動到目標位置，導(dǎo)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(shù)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(xué)微操控過程中粒子間相互碰撞問題，實現(xiàn)了微粒集群的全并行最優(yōu)路徑控制和結(jié)構(gòu)組裝。該技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)不同圖案間的高效轉(zhuǎn)換(圖1e)。
 

　　此項研究為西安光機所加速布局“AI+光學(xué)”技術(shù)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(xué)等領(lǐng)域研究中的應(yīng)用，對于發(fā)展其它微觀物質(zhì)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(xué)交叉領(lǐng)域開展了深入研究，形成了多種新型光學(xué)顯微成像和微操縱技術(shù)，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(quán)多項國家發(fā)明專利，曾獲陜西省科學(xué)技術(shù)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。