西安光機(jī)所發(fā)展出人工勢(shì)場(chǎng)全息光鑷

近日，中科院西安光機(jī)所在智能光鑷研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在PhotoniX上。

全息光鑷是構(gòu)造新穎物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究細(xì)胞相互作用、實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的重要手段。該技術(shù)通過光場(chǎng)調(diào)控手段構(gòu)建多光阱，同時(shí)捕獲并操控多個(gè)粒子，從而將它們排列組裝成特定圖案結(jié)構(gòu)。在實(shí)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(duì)于高密度的微粒集群，繼而引起粒子團(tuán)聚或丟失，使得組裝結(jié)構(gòu)存在缺陷，因而需要分批、依次將微粒移動(dòng)到目標(biāo)位置，致使組裝效率低下。

該團(tuán)隊(duì)受無(wú)人機(jī)集群控制和水下機(jī)器人隊(duì)列操縱技術(shù)啟發(fā)，提出了人工勢(shì)場(chǎng)全息光鑷，解決了多微粒動(dòng)態(tài)光學(xué)微操控過程中粒子間相互碰撞問題，實(shí)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。這一技術(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(chǎng)（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(shí)通過局部位移繞過障礙。研究顯示，基于這一技術(shù)，可通過全額并行操控實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒陣列的無(wú)缺陷組裝，使組裝效率最大化，同時(shí)通過匈牙利算法得到的最小路徑優(yōu)化方案可以實(shí)現(xiàn)不同圖案間的轉(zhuǎn)換。

基于人工勢(shì)場(chǎng)全息光鑷的微粒陣列無(wú)缺陷全并行組裝及變換

上述成果有助于推進(jìn)光鑷在多比特量子計(jì)算、微納級(jí)顯示和生命科學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展其他微觀物質(zhì)組裝方法具有啟示意義。

論文鏈接：https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-024-00144-5