光镊作为一种具有无伤害、无接触特性的工具,在微观领域备受关注。Arthur Ashkin也因发明光镊而获得2018年诺贝尔物理学奖。最初的光镊大多使用高斯光束,捕获模式单一,并不能覆盖所有应用需求。涡旋光场由于其可以给光镊提供一个横向的“扳手力”目前已经引起了广泛重视。相应地,具有多个涡旋奇点的涡旋阵列也受到了大量的研究,并且已经应用于一些诸如多粒子操纵、原子量子马达及玻色-爱因斯坦凝聚等前沿领域。但其应用大多停留在使用其奇点产生的暗核,而忽略了其它物理量。为了解决该问题,需要对光学涡旋阵列光场进行细致的力场分析,从而对其做出精细化调控。基于此,本论文主要研究内容主要针对于涡旋阵列光场的力场分析和精细化调控,及精细化调控后的光场在光镊领域所产生的效果进行研究。主要内容如下:1、首先为了能够生成任意模式的光学涡旋阵列,需要对单个涡旋的力场及性质进行细致的分析。选用了一种可以调整离心率的非对称光学涡旋作为研究对象,细致的分析了其离心率变化所带来的梯度力的改变。从而理论上得到通过精细调控离心率一定程度可以实现粒子的聚合和分离这一效果。之后搭建了实验光路对理论计算进行了验证。该工作充分证明了对光场进行精细调控可以丰富其原本的操作模式,挖掘其潜在的应用价值。2、其次为了丰富涡旋光场的模式调控带来的优势,提出了一种基于任意曲线技术的摆线光束,借助内摆线的性质设立了尖峰调控参数和曲率调控参数,对光束进行调控。并且详尽的分析了调控参数对梯度力和轨道角动量的影响。最终实现了粒子的启停,和粒子的等间距操纵等操纵模式。3、最后针对于涡旋阵列现存的问题,拓展其潜在的应用领域,有必要重新发现和利用轨道角动量。因此,提出了一种新的高阶光学涡旋阵列,它结合了相位翻倍技术和任意曲线技术。阵列中每个奇点的拓扑荷值最高可达51,产生了足够的轨道角动量,并且整个阵列可以调制为理想的任意模式。之后使用这种高阶光学涡旋阵列对酵母菌进行了复杂操纵,拓展了涡旋阵列的应用。