在微觀研究中，激光與微粒的相互作用展現出奇妙的景象。傳統光學渦旋因其軌道角動量特性在微操控領域備受關注，但其光場尺寸受限于拓撲荷數，強度分布單一環形結構，限制了全息光鑷領域的操控性能。中國科學院西安光機所姚保利研究團隊提出的廣義完美光學渦旋（GPOV）突破了這些限制，通過光柵疊加算法實現拓撲荷數和光束形態的獨立調控，為光場賦予了更強的靈活性與操控能力。
   

    廣義完美渦旋光束微操控研究理論模型
    研究團隊通過光柵疊加算法編碼GPOV相位全息圖，并基于電磁散射模型中的T矩陣方法，理論解析了緊聚焦渦旋光束作用于微粒的時間平均光學力。GPOV的計算全息圖（CGH）的復振幅表示為：

    通過對包圍聚苯乙烯微粒表面的麥克斯韋應力張量積分，計算出粒子所受的時間平均光學力。研究結果表明，隨著物鏡數值孔徑（NA）的增大，焦場尺寸減小，捕獲剛度顯著提升。例如，當NA從0.7增加到1.4時，捕獲剛度依次為21.52、27.34、31.64、35.73、36.21、38.54、40.11和41.68pN/μm。此外，隨著拓撲荷值（l）的增大，光場相位梯度力增強，驅動微粒沿軌道傳輸。

    實驗探究
    為驗證GPOV對熒光微粒的操控能力，研究團隊搭建了熒光-全息光鑷系統，產生了“梨形”和“花形”完美渦旋光阱，并開展了微操縱實驗。實驗結果表明，粒子在“梨形”光場中順時針非勻速旋轉，這是由于光場強度在拐點位置處的不均勻性。而“花形”光場則展示了更均勻的操控效果。

    這項研究不僅拓展了光學渦旋在微操控領域的應用邊界，還為微尺度傳輸、智能光學器件和高效能量利用打下了堅實基礎。研究團隊計劃融入人工智能技術，優化光場軌道動量流的均勻性，探索其在納米粒子組裝和生物傳感中的應用。隨著研究的深入，這一技術將為光學微操控開啟全新的篇章。

    姚保利研究員團隊長期專注于光場調控、超分辨成像、光學微操控技術等領域的理論與實驗研究。團隊在《NatureCommunications》、《PNAS》、《PhysicalReviewLetters》等國際知名期刊上發表論文300余篇，授權多項國家發明專利，并承擔了國家自然科學基金重大科研儀器研制項目、國家重大基礎研究計劃課題、國家重點研發計劃課題等30余項重大科研任務，曾榮獲陜西省科學技術一等獎、二等獎及重點科技創新團隊等多項榮譽。