意念控制、隔空取物......

这是多少人畅想过拥有的超能力

在电子科技大学科研团队的不懈努力下

这一梦幻场景在微观领域成功照进现实

四川卫视、四川观察、川观新闻等媒体

对这一交叉研究新突破进行了报道

和小电一起来了解

又上新的成电硬核科技吧~

近日，电子科技大学杨元杰教授团队成功研制出了利用脑电波控制的光镊系统，让微观领域的“隔空取物”成为现实。相关研究成果以“意念控制的光镊”为题，发表在物理类TOP期刊ACSPhotonics上。

什么是光镊？实际上，光镊又叫光学操纵或光学捕获，是一种利用聚焦激光束的光力来捕获和移动微观粒子的非侵入式技术。一束平行激光被显微物镜聚焦后会得到一个微米尺度的光斑，这个光斑对于电介质微粒来说就像是一个“陷阱”，粒子会被捕获在其中。这样一个强聚焦光斑可以对微粒实施捕获、移动和旋转等微操控，就像一把“镊子”，因而被称为光镊（OpticalTweezers）。

在电子科技大学光场调控实验室，杨元杰团队为记者展示了光镊操控粒子的全过程。团队主要成员彭璐介绍，整个系统是分为三个大的模块，包括脑电采集模块、基于空间光调制器的输出模块和光镊控制模块，佩戴脑电设备的操作人员可以利用脑电信号直接控制空间光调制器，将入射光束调制成不同的涡旋光束，再通过物镜聚焦形成涡旋光阱，最终实现对粒子的远程捕获和操纵。

在这一研究中，首次将脑机接口与光学操纵这两大前沿技术相结合，使操作者通过意念就能远程操纵微粒或细胞，将脑机接口技术推向了微米和纳米量级。脑机接口与光场调控的交叉研究具有重要的科学意义和巨大的应用潜力，该研究为未来脑机交互提供了新的应用场景。

电子科技大学物理学院杨元杰教授及团队对涡旋光的研究已经持续多年，在谈到这项新的研究成果时，他表示，希望能够深耕下去，最终在生物医学等领域实现应用。

“目前有很多失去自主行动和语言功能的病人，他们其实意识是非常清醒的，但是因为无法交流和表达而被困在身体里。通过脑机接口与显示技术的结合，把他想象的事情用文字的形式表现出来，这是我们今后希望深入研究的课题”，杨元杰告诉记者，让技术不再局限于实验室，真正服务于现实生活，让光照亮前路，与光同行，继续探索、发现，是团队研究的初心和不变的方向。

人物侧记

光，不断带给杨元杰灵感，也带来惊喜。

1992年，英国学者艾伦发现，涡旋光的光子可以携带轨道角动量，这也意味着，涡旋光在光通信、量子通信和密码学、光镊等领域具有广泛应用前景，将这一领域推向了世界最前沿。

2009年，杨元杰到英国圣安德鲁斯大学进行博士后研究。进组第一天，课题组负责人基尚·多拉基亚教授递过一本光学涡旋论文集，为他打开了涡旋光研究的大门。

彼时，对于涡旋光的研究在国内还不算热门，只有少数几个课题组在关注。在遥远的苏格兰，杨元杰对这种特别的“光”产生了兴趣，“它就像水漩涡，又像龙卷风，外面汹涌澎湃，内部风平浪静，有很多问题等待探索解答。”

而涡旋光也很快回应了这位“新朋友”。

要“操控”涡旋光，测量其中的重要参数轨道角动量（拓扑荷数）十分关键。在阅读大量文献后，杨元杰发现，绝大多数研究都局限于完全相干光束的理想情况，而实际的光源产生的光束都是部分相干光束。

“部分相干光束的拓扑荷数就不能测量了吗？”杨元杰认为，没有什么不可能。经过不断思考，他终于找到了测量部分相干涡旋光拓扑荷数的方法，并推导出一个关系式，在世界上首次展示了部分相干涡旋光中3个重要参数的内在联系。后来，这个公式也多次被国际同行应用。

杨元杰的社交软件昵称叫做“笨笨”。他自嘲，在学生时期他是老师眼中的“笨学生”，喜欢“唱反调”，永远在问“为什么”。

“要搞研究，这种‘笨’很有必要。”杨元杰总结道。

早些年，他闲时喜欢写几句诗。“诗以奇趣为宗，反常合道为趣。”出人意外又入人意中，是诗歌带来的乐趣。

与光同行，在光上“作诗”，也是他享受的过程。发问带来的发现，同样有趣。

2017年，杨元杰在物理类国际顶级期刊《物理评论快报》发布了一项研究成果。他对比研究国际上很多产生涡旋光束的方法，发现了一种非常有趣的现象：很多方法都用到了旋转对称的结构。

“知道是怎么做的，而没有解释为什么这种结构可以产生特定的涡旋光束。”杨元杰认为，这绝对不是巧合。通过深入研究分析和严密数学公式推导，他发现了隐藏于这类现象背后的一个共同的物理规律——轨道角动量选模原理。

根据这一原理，他成功设计了能够产生复合涡旋电子束的电子筛，并且在实验上首次得到了具有三重简并结构的复合涡旋电子束，在磁性材料学等领域有着重要的应用价值。

从图上看，这个复合涡旋就像一个盛开的向日葵圆盘，美丽又精巧。

杨元杰还在不停地“作诗”，发现新的“反常”。比如，不同于常见的闭合圆环状的涡旋光束，他和团队发现了开口的涡旋，只有半个环或者四分之三环，但同样能够形成稳定的传输。

开口涡旋光束、反常涡旋光束、反常贝塞尔光束……杨元杰与合作者提出了多种新型的涡旋光束模型，被国内外同行引用两百余次。十几年前初出茅庐的中国学者，不断给涡旋光领域带来新的惊喜。

来源：电子科技大学 四川卫视、四川观察、川观新闻

编辑：微视野工作室 黄心舟 实习生张莹