中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室姚保利团队与国内外相关科研单位合作，在横向光动量和角动量调控及微粒操纵应用方面取得系列进展。其相关研究成果近期相继分别发表于《激光与光子学评论》《自然-通讯》和光学权威综述期刊《光学与光子学进展》上。　　

　　姚保利团队与合作者不但提出自旋动量诱导光力的基本理论，建立了光与任意阶多极子相互作用自旋动量力的标准模型；而且利用光场调控技术产生特殊圆偏振光束，将其应用于非局域光学微操纵实验，进而验证了这一理论的正确性。这一成果发表于《激光与光子学评论》上。　　

　　“我们课题组采用特殊调控的圆偏振光束作为激发场。该结构光场能够消除微粒的偶极子辐射，并极大抑制光束在聚焦过程中产生的轨道角动量，获得高纯度的方位角自旋动量（轨道/自旋比<3%）,从而降低偶极子响应和轨道动量对光力的影响。”姚保利介绍，“最终使用金米氏微粒作为探针观测到了高阶多极子诱导自旋动量力的非局域作用及其驱动的微粒轨道旋转运动。”　　

　　光学研究领域的相关专家认为，这类BSM诱导的光力有望引领下一代光学微操纵技术革新，并为研发新型光场探测器及悬浮光力学系统提供新思路。

高阶多极子自旋动量力的非局域作用及其驱动的微粒旋转轨迹。　

　　除了横向动量，横向角动量同样代表着一类奇特的光场动力学属性。姚保利团队徐孝浩副研究员与英国伦敦国王学院James Millen课题组合作，构建出可携带横向内禀轨道角动量的单色涡旋光场，并实现了横向涡旋驱动的悬浮光机转子。这一个研究成果发表于《自然-通讯》上。　　

　　“该工作采用两列相向传播的相干线偏振聚焦光束构建横向角动量，并通过对它们的光轴引入横向间距打破全局角动量平衡，产生沿横向延伸的相位奇异点线即横向轨道角动量，从而在轴截面形成涡旋阵列。”姚保利讲解，“这类结构光继承了聚焦驻波光场的三维捕获能力，可将微粒束缚于奇点位置，从而在诱导微粒自转的同时抑制轨道旋转行为。”　　

　　据了解，他们在实验中采用在真空中捕获的棒状Si纳米颗粒探测横向涡旋，并成功观察到了颗粒的三维束缚及横向旋转行为。在1mbar气压下实现了10MHz的转动频率，为目前在该真空度条件下报道的最高转频。　　

　　相关专家表示，相比于纵向转子，横向旋转可最大化缩短转子与界面的间距，从而为检验真空摩擦、卡西米尔力等短距作用力提供了绝佳平台；此外，由于这类干涉场天然具备多重涡旋结构，有望用于设计悬浮光机转子阵列，为研究转子间的相互作用、发展高精度力矩传感技术等提供新方法。

双波干涉场中的横向涡旋。

　　另外，姚保利团队基于近年来对光学自旋动量（BSM）、虚动量（IPM）、自旋角动量（SAM）、轨道角动量（OAM）、多极子光力（MOF）的理论创新和实验研究积累，联合同济大学、清华大学、西班牙国家研究委员会、新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学等国内外知名研究机构，在《光学与光子学进展》上发表的长篇综述论文，详细论述了横向光动量和横向光力的研究进展，展望了其在量子物理、自旋电子学、生物物理，光学微操纵及材料科学等诸多领域的应用前景。

基于光场调控的横向光动量及横向光力分类。文中图片均由论文作者提供　

　　相关论文信息：　　

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202300245　　

　　https://www.nature.com/articles/s41467-023-38261-7　　

　　https://opg.optica.org/aop/abstract.cfm?uri=aop-15-3-835