这件“光扳手”可实现多微粒三维并行操控！

5月7日，记者了解到：西安光机所姚保利、徐孝浩研究员团队与南京大学、香港科技大学、瑞士洛桑联邦理工学院联合攻关，设计并验证了一种名为“广义超构光学扳手”的新型器件，可在三维空间内对微粒进行可编程操控，为光学微操纵技术向高维度、多目标协同控制迈进提供了重要方案。相关成果发表在国际权威期刊《科学进展》（ScienceAdvances），并凭借其创新性，得到该期刊官网（TopFeaturedView）的重点推荐。

“可以把该器件想象成一把由激光构成的‘微型扳手’。”姚保利比喻道，“它不仅能沿着预设的路径‘抓住’微粒，并带动其‘旋转’，还能同时‘变出’多把这样的光扳手，让多个微粒实现不同路径的并行输运。”

在光学微操纵领域，构建“光扳手”是实现微粒输运的关键途径。但过去要产生和调控光扳手，往往需要体积较大的光场调控设备。近年来兴起的一种比头发丝还薄、布满了纳米柱的人工结构——“超构表面光扳手”，虽然突破了体积限制，但已有的设计普遍功能复用度低，操控模式单一，难以同时满足多个微粒沿多维复杂路径输运的需求。

广义超构光学扳手的概念及其功能示意图。

为解决这些问题，团队提出了可调控纵向演化与横向阵列分布的“广义超构光学扳手”设计方案。在纵向维度上，他们引入“冻结波”理论，使光扳手在传播过程中可按需改变形状和力分布；在横向维度上，他们构建光扳手阵列，就像同时点亮多把扳手，每一把都可独立操控多个微粒。

在此方案基础上，团队进一步发展了全复振幅调控技术。他们通过精心设计每个纳米柱的长、宽和旋转角度，独立控制不同偏振光的相位和效率，最终在一块超构表面上实现了偏振复用的多功能操控，即“广义超构光学扳手”。也就是说，仅凭这一片小小的器件，用不同偏振态的光就能切换不同工作模式。

广义超构光学扳手的微操控功能实验结果。

“实验结果表明，这种‘广义超构光学扳手’能让任意形状的光扳手同时具备束缚和输运微粒的能力，实现多微粒在平面内及跨平面的稳定并行操控。凭借其出色性能，它也为未来将光学微操纵系统直接集成到芯片上提供了关键器件。”姚保利说。

据悉，西安光机所姚保利、徐孝浩研究员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。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优势，不仅为超构表面光场设计提供了重要理论指导，还为器件的功能验证搭建了实验平台并完成了性能测试。（群众新闻记者 孙亚婷 受访单位供图）

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