近日，复旦大学与香港理工大学合作团队在近场光力操控领域取得重要进展，研制出一种具有渐变壁厚保护结构的光学微瓶谐振腔，为实现大规模、高稳定性的光学微粒操控提供了全新方案。该成果已发表于国际权威期刊 Microsystems & Nanoengineering。

    在集成光子与微流控系统不断融合的背景下，近场光力操控技术因其可突破衍射极限的优势，已成为微纳尺度粒子操控的重要手段。然而，传统方法受限于倏逝场强度弱、穿透浅，且微腔易受微粒扰动，导致捕获效率与系统稳定性不足。研究团队提出的渐变壁厚保护（Gradient-Thickness Protected, GTP）微瓶谐振腔，通过结构创新有效应对了上述挑战。该设计首次将光场限制与微粒捕获在空间上分离，利用非赤道区拉锥光纤耦合激发高阶轴向回音壁模式，使光场分布从表面倏逝场扩展至结构内部热点区域，实现了光场对微粒的直接强相互作用，显著增强了光力作用深度与强度。

    该器件的壁厚自赤道向轴向两端渐次增加，使光场峰值局限于轴向两端，并在赤道区域形成可控光阱。这一梯度壁厚结构不仅有效隔离了微粒对谐振模场的干扰，将系统鲁棒性提升5倍以上，同时其中空轴向结构为微粒输运提供了自然通道，体现出结构稳定、抗扰性强的显著优势。

图1 (a)GTP微瓶结构示意图；(b)模场分布仿真；(c)光梯度力示意图；(d)光散射力示意图

图2 大范围粒子捕获动态图

实验表明，在低至0.198 mW的光功率下，该器件能在超过195 μm的轴向范围内稳定捕获微粒，展现出低功耗、大范围的操作特性。此外，通过单光纤多光束干涉形成可调驻波场，可实现微粒的动态三维操控，为复杂环境下的光镊应用提供了灵活手段。

图3粒子定域操控动态图

    这项研究不仅在技术上突破传统近场光镊的限制，也为生命科学与光量子技术等多个领域提供了新型集成操控平台。在生物医学方面，该器件适用于高通量单细胞分析、活细胞无损操控、微生物定向输运及无标记生物传感，有望推动细胞力学研究与精准医学检测的发展；在集成光量子领域，该器件凭借其高鲁棒性和精准操控特性，可助力实现量子光源的精确定位与高效耦合、量子态的动态调控以及高灵敏度量子传感等功能，为下一代集成量子光学信息系统提供了新型实验平台与技术基础。

    本研究由复旦大学未来信息创新学院博士生李宇翔（复旦-香港理工大学联合培养）、江苏师范大学王昊天副教授为共同第一作者，复旦大学未来信息创新学院吴翔老师、香港理工大学刘爱群院士及 Lip Ket Chin 副教授为共同通讯作者。研究获国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-026-01167-7