光纤光镊具有体积小、易于使用、成本低等特点,可用于捕获和操作微纳粒子,这种捕获和操作技术可以广泛的应用与生物学和医学。对于一般的光纤光镊,捕获细胞时都会一定程度的接触细胞,这会对生物样品造成一定的损伤。因此,具有长操作距离的光纤光镊对于实现非接触式的光学捕获具有重要的意义。长距离的光镊操作距离可以很大程度的提高光镊应用性和不接触的捕获细胞的灵活性,本文对长距离操作细胞的光纤光镊即长程光镊进行了研究。本文提出了一种新型的光纤锥角在58°操作距离在40μm之上的渐变折射率光纤长程光镊。根据光纤光镊的原理和光在渐变多模光纤中的传输特性来设计此种光镊。在现有的渐变折射率光纤光镊的基础上,在单模光纤和多模光纤中加入了一段空气腔来实现光镊的长操作距离。调节空气腔的长度,可以使得光在渐变折射率光纤锥头的汇聚距离发生改变,也能使得任意长度的渐变多模光纤都能稳定的捕获细胞,提高了腐蚀出来的渐变多模光纤的使用率。通过数值仿真计算了空气腔中、渐变多模光纤中和光纤锥附件的光场分布。仿真研究了渐变折射率光纤长度和空气腔的长度对光在锥尖外聚焦距离的影响。仿真结果显示通过调节渐变多模光纤长度和空气腔的长度,可优化光纤光镊捕获细胞的效果。实验中通过化学腐蚀法得到锥角较大的渐变折射率光纤锥,用毛细玻璃来制作空气腔结构。作为验证,实验中当调节空气腔的长度为100μm时,在稳定的在有恒定流速12μm/s溶液中成功的捕获了酵母细胞。实验捕获细胞的距离超过了40μm,是之前渐变折射率光纤光镊捕获距离的10倍以上;并且在稳定捕获后,快速移动锥尖到细胞,细胞很快恢复到原有稳定的位置,这证明了捕获细胞的稳定性;在有恒定流速的溶液中,稳定捕获的情况下,增加光功率能增大细胞的捕获距离,这证明了可以通过该种光镊长距离的操作细胞。通过上述实验,成功的证明了这种设计的光镊的可行性,实现了操作简单、重复性好的长程光镊。在实验之后,运用米氏散射模型中光轴向力的计算公式来计算此种光镊轴向力的分布,当合力和细胞受到粘滞力的大小相等时,细胞计算出来的捕获距离和实验的捕获距离接近,进一步证明了此种长程光镊的合理性。这种光纤长程光镊具有成本低,易于制作和易于使用的特点,是一种较为理想的光纤长程光镊。