研究生吴子恒在《Optics Express》发表光学捕获研究成果
近日，江苏科技大学理学院应用光学研究中心胡友友副教授团队在激光技术及光场调控方面取得研究进展，在国际知名光学期刊《Optics Express》（中科院物理与天体物理大类2区，TOP期刊，影响因子：3.833）上发表研究论文《Optical trapping of multiple particles based on rotationally-symmetric power-exponent-phase vortex beam》(DOI: 10.1364/OE.476031)，论文第一作者为2020级硕士研究生吴子恒，通讯作者为胡友友副教授，江苏科技大学为第一署名单位。
光学捕获是指在三维方向上通过紧聚焦的激光稳定捕获粒子，也称为光镊技术。自从1986年亚瑟·阿什金首次发明光镊，它们已成为捕获、操纵和表征原子、微纳米颗粒以及生物分子、病毒、细菌和细胞的关键技术，亚瑟·阿什金也凭此获得2018年诺贝尔物理学奖。光镊中常用的光束有高斯光束，贝塞尔光束、涡旋光束、圆柱矢量光束等。随着对多分子运动是需求的不断增加，广泛需要光镊捕获多个粒子。但是迄今为止，应用到多粒子捕获的光束如完美涡旋光、高阶贝塞尔光、拉盖尔-高斯光，具有相同的缺点。它们捕获多粒子时，粒子在光环上不规则地移动，其轨迹无法确定，捕获的粒子数量也不确定。经研究发现，旋转对称幂指数涡旋光(RSPEPVBs)具有扇叶型光强分布且扇叶型光瓣数与拓扑荷数一致，应用RSPEPVBs的光镊可以克服轨道和粒子捕获数量不确定的缺点。这对多粒子捕获具有重要意义。
图.1 RSPEPVB捕获和操纵粒子的光镊实验装置图
该论文设计了一套产生并应用RSPEPVBs的捕获多粒子的光镊系统，如图1所示。线偏振片(LP)与空间光调制器(SLM)组成的系统通过相应的相位图将波前编码来产生特定的结构光RSPEPVBs。通过一阶涡旋波片(VWP)产生径向偏振RSPEPVBs。二向色镜(DM)将激光从光路中的LED的白光中分离出来。光束通过高数值孔径的物镜(Objective Lens)紧聚焦，在样品(Sample)溶液中形成光阱。光阱中梯度力、散射力、重力和浮力形成平衡稳定捕获二氧化硅粒子。携带样品捕获信息的白光经过消色差透镜(AL)和滤波片(Filter)，去除了激光的影响，可以在CMOS上获得更清晰的多粒子捕获图像。该论文基于紧聚焦和光力理论，建立了RSPEPVBs的光学力模型，分析了紧聚焦RSPEPVBs的光阱刚度。并通过实验证明可以实现多粒子捕获。
相关工作受到江苏省重点研发计划，江苏省自然科学基金，江苏科技大学新兴科技团队项目，江苏科技大学青年科技项目等项目资助。
论文链接：http://doi.org/10.1364/OE.476031