光致旋转是在光阱技术的基础上发展起来的微纳米尺度微粒角向操控技术,它将特殊光场所携带的角动量传递到被捕获的微粒,并产生力矩的作用,从而实现对微粒的旋转控制。光致旋转在光阱技术原有的三维操控的基础上,增加了对微粒角向维度的操控,极大地拓展了光阱技术的应用范围,具有广阔的应用前景。本文基于光阱技术研究了聚苯乙烯微球、血红细胞、球霰石等介观尺度微粒的光致旋转,并实现了其转速的高分辨率测量。本文内容主要分为两个部分:首先,利用双光束失准法首次实现了聚苯乙烯微球的光致轨道旋转以及人体血红细胞的光致自转和轨道旋转,分析了横向失准距离对双光束光阱各参数的影响;同时,利用自旋角动量传递法捕获并旋转球霰石微粒,并通过旋转多普勒法成功实现了对微粒转速的高分辨率测量。本文的研究内容极大地丰富了介观尺度微粒光致旋转的实现方式和实验现象,是对原有介观尺度微粒光致旋转技术的有效补充,进一步推动了光致旋转技术的发展与应用。本文的研究工作主要包括以下几个方面:1、基于射线模型,计算了双光束失准光纤光阱中被捕获微球所受到的光阱力,并利用Runge-Kutta法对不同失准条件下微球运动轨迹进行了仿真。仿真结果表明,随着横向失准距离的增大,被捕获微球的运动状态依次为:稳定捕获、螺旋运动、轨道旋转和逃逸。2、利用双光束失准光纤光阱捕获聚苯乙烯微球,调节光纤横向失准距离,实现了被捕获微球的光致轨道旋转。分别通过仿真和实验研究了微球轨道旋转幅度和频率随失准距离、捕获光功率、光纤端面间距和微球半径的变化规律,实验验证了仿真结果:当其它参数固定时,微球轨道旋转的幅度随失准距离的增大而增大,随光纤端面间距和微球半径的增大而减小,且不随捕获光功率变化而变化;微球轨道旋转频率随失准距离的增大而减小,随捕获光功率、光纤端面间距和微球半径的增大而增大;微球轨道旋转对应的失准距离范围随微球半径的减小而减小。3、在射线模型的基础上,进一步提出利用矢量光线追迹法计算双光束失准光纤光阱中被捕获椭球微粒所受的光阱力和光阱力矩,并对失准条件下椭球微粒运动姿态进行了仿真。仿真结果表明,在真空环境中利用双光束失准光阱捕获椭球微粒,当失准距离较小时,椭球微粒将在光阱中心自转,且转速随时间呈近似正弦变化。4、利用双光束失准光纤光阱捕获人体血红细胞,同时实现了血红细胞的光致自转和轨道旋转,分析了血红细胞运动状态与失准距离的关系:当两束捕获光对准时,血红细胞被捕获于光阱中心,且长轴与光轴一致;当失准距离小于失准阈值时,血红细胞将在光阱中心自转;当失准距离大于失准阈值时,血红细胞将在光阱中做轨道旋转,且在轨道旋转的同时伴随有自转运动。5、通过丝蛋白纳米颗粒对碳酸钙的矿化过程进行调控,制备出了球状较好的球霰石微粒,并利用自旋角动量传递法实现了球霰石微粒的光致自转。通过空间光调制器产生拓扑荷数分别为±7,±8,±9的Laguerre Gaussian光束作为探测光,利用旋转多普勒法测量了光阱中捕获的球霰石微粒的转速,测得的球霰石微粒自转频率分别为(15.85±0.12)Hz、(15.78±0.05)Hz和(15.78±0.01)Hz,利用不同拓扑荷数测得的球霰石转速之间的误差小于0.4%。利用旋转多普勒法测量转速的分辨率远高于传统的透射法,且探测光拓扑荷数越大,测量分辨率越高。