近日，我院邓冬梅研究员指导的本科生团队在光场调控与粒子操纵的研究中，通过设计一系列光学瓶，并利用动态全息的方法，实现了对吸光性粒子的选择性释放、运输及两部分粒子的合并。相关成果以“Dynamic holographic optical bottles for selective manipulation and merging of multiple absorbing particles”为题，发表在光学领域一区Top期刊《Photonics Research》（《光子学研究》）上。
在微纳操控领域，吸光粒子因其显著的光吸收和光热特性而备受关注，其在光捕获时受到强烈的光泳力作用，倾向于远离高光强区域，因此常用一种类似于“瓶子”的结构光束来捕获吸光粒子，即光学瓶。但目前的光瓶操纵技术在面对多吸光粒子系统时，往往只有单一的粒子囚禁或移动功能。与此同时，通常只能对被捕获的吸光粒子进行整体的操纵，而限制了有选择性的灵活操纵。
针对上述挑战，研究团队基于光场调控的思路，预先设计一系列具有不同位置、数量和开关状态的光学瓶，并利用空间光调制器的动态全息技术，可灵活切换不同光瓶光束，实现对吸光粒子的多功能动态操纵。
图1 动态全息光瓶的实验装置和选择性操纵示意图
在具体操控设计中，系统可对两个被捕获的粒子群进行独立控制：保持一个光瓶静止，同时关闭或移动另一个光瓶，从而实现对指定部分吸光粒子的选择性释放与定向运输。此外，该研究设计了光瓶合并操作：将起初分别捕获粒子的两个光瓶，切换为一个尺寸更大的单一光瓶，使两部分粒子被统一捕获，实现吸光粒子的合并。该研究方案提升了多吸光粒子系统的操控灵活性与选择性，为微纳尺度下的精准操控、靶向药物递送、微尺度化学反应器等领域的应用提供了新途径。
图2 选择性吸光粒子运输、释放，及两部分粒子合并的实验演示
在上述研究工作中，我院本科生许振航为论文第一作者，邓冬梅研究员为通讯作者，华南师范大学为唯一完成单位。上述研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、全国大学生创新创业训练计划、广东省大学生科技创新战略专项资金（“攀登计划”）以及我校课外科研金种子培育项目的资助。
为推进教育科技人才一体化发展，我院始终坚持立德树人根本任务，长期以来高度重视学生创新意识和实践能力的培养，积极为本科生搭建科研培训平台，鼓励学生参与科研活动和学科竞赛，积极营造学术创新良好氛围，为学校“双一流”建设提供有力支撑，为国家光电领域持续输送高质量创新型人才。
近年来，我院积极鼓励教师引导本科生参与科研训练，已取得显著成效。其中，邓冬梅研究员指导的“追光者”团队将思想培养、专业学习与科研训练有机结合，积极营造“传、帮、带”的团队文化，多名优秀本科生保研至清华大学、北京大学等双一流高校深造。团队本科生在《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》《Optics Letters》《Physical Review Applied》等中科院一区、二区期刊发表多篇论文，培养的优秀本科生曾入选《本专科生国家奖学金获奖学生代表名录》，获第十二届中国青少年科技创新奖、获第十六、十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖等。