近日，我院李新忠教授与山东师范大学蔡阳健教授、新加坡南洋理工大学申艺杰助理教授合作，在国际光学著名期刊《Photonics Research》(中科院SCI一区TOP，IF=7.6)上发表了题为“Multidimensional optical tweezers synthetized by rigid-body emulated structured light”的研究论文。我校硕士生朱刘昊为第一作者，李新忠教授为第一通讯作者，河南科技大学为第一通讯作者单位。

最近，具有更大扩展自由度和更高维度的结构光由于其先进的应用而引起了越来越多的关注，这在具有更多功能和更高精度的光捕获或光镊技术中具有重要意义。然而，利用目前的光镊技术来进行超越三维的操纵仍然很困难，这种限制源于传统的光镊操纵理念，即被捕获粒子的运动在三维空间中表现为点运动。这种理念没有涵盖完整的运动模式，这也是为什么机械领域需要开发六轴机械臂和多轴无人机的原因。

针对这些问题，李新忠教授课题组首先构造了一个可以在自由空间中任意旋转和位移、而整体维持刚性的环状结构光束；然后结合坐标变换技术和傅里叶位移定理，实现了六轴刚体中的六个独立自由度运动：沿x-y-z轴的位移及沿x-y-z轴的旋转（章动，旋动，进动）；最后，将这种环形结构光束和被捕粒子结合为一个刚体，实验验证了可自由定制的任意空间轨迹六个自由度的运动操控新模式。

该工作首次以崭新的视野将结构光束与被捕获微粒看做一个刚体，进而设计出了可执行复杂运动的新型六维刚体光镊，这为粒子操纵提供了全新的思路和自由度。作为拓展，该新型六维刚体光镊可以同时产生多个间距可控的镊尖，从而实现多微粒的复杂运动控制，并且刚体结构光耦合一体式操控也大大简化了光镊设计。此外，该新型光镊的结构光束也可以设计为其他任意形状（不局限于圆光束），这为新型光镊的设计、应用提供了新思路和新机制。

该工作一经发表就受到了国内外光学界的极大关注，近日被著名科学类微信公众号“两江科技评论”以“光镊基本原理革新——任意刚体粒子的结构光六轴操控”为题进行了重点宣传报道。(通讯员/张浩)