AS | 郑州大学单崇新,倪佩楠,长春理工大学魏志鹏:基于金刚石超构表面的具有增强鲁棒性的光镊技术

图1.金刚石超透镜的器件表征。由于金刚石极低的热膨胀系数和热光系数，其超透镜在不同环境温度下展现出优异的热稳定性。实验制备的单焦点（图b左）和2×2阵列（图b右）金刚石超透镜的光学显微镜图像与扫描电镜图像显示制备的器件具有高质量的纳米结构

图2.金刚石超透镜性能的实验表征。室温下单焦点超透镜和2×2阵列超透镜均表现出良好的聚焦性能。热稳定性评估显示，在-50°C至400°C宽温度范围内，单焦点透镜焦距及2×2透镜阵列四个焦距均保持稳定，2×2透镜阵列的焦点间距变化极小。与传统物镜相比，金刚石超透镜在高功率激光照射下焦点位移和温升均几乎维持不变

图3.基于金刚石超透镜光镊系统的位移操控演示。利用单焦点超透镜可稳定捕获并精准操控单个二氧化硅微球；利用2×2阵列超透镜可并行捕获并同步操控四个微球，微球之间可以保持约100 μm的稳定间距，验证了系统的多粒子操控能力

图4.金刚石涡旋超表面性能表征。基于几何相位原理设计了携带不同轨道角动量的金刚石涡旋超表面。不同拓扑荷数（l=10,20,30）的金刚石涡旋超表面均能产生具有中心暗核的环形强度分布，且中心暗核直径随拓扑荷数增加

图5.基于金刚石涡旋超表面光镊系统的微球旋转操控演示。在相同激光功率下，被捕获微球的旋转速度随拓扑荷数（l = 10, 20, 30）的增加呈现单调递增趋势（0.20→0.28→0.34 rps）。通过切换入射圆偏振光的手性，可实现粒子顺时针与逆时针旋转方向的灵活切换，演示了双向旋转操控能力