光镊又称单光束粒子阱，是Ashkin在光与微粒子相互作用实验的基础上于1986年发明的[1].由于光镊具有捕获和分离粒子的能力，在许多领域，特别是在生物学和医学领域得到了广泛应用。传统的光镊是利用高度会聚的高斯光束(TEM00)把高折射率粒子吸引到光束的亮聚焦区。随着对光镊研究的深入，传统光镊捕获粒子的局限性也逐步显现出来。例如，捕获到高聚焦区附近的粒子由于热吸收很容易受到光学热损坏，再者传统光镊也无法捕获低折射率的粒子。利用光学涡旋不仅可以提高粒子的捕获效率，还可以克服传统光镊无法束缚低折射率的粒子的不足[2]. 本论文研究内容包括光镊的基本原理、光阱力的数值计算和单光阱光镊系统组建方案三个方面。在光阱力的数值计算中，基于几何光学追迹原理，从理论上研究了米氏粒子在TEM01*涡旋光场中的的受力情况，给出了轴向力的计算公式并进行了数值模拟，同时还给出了该类光场捕获粒子时选择参数的优化依据。计算表明：束缚较大的高折射率的粒子时，光学涡旋结构的光束产生的轴向束缚力是相同激光功率下光镊的3倍多；而且存在两个平衡点，更有利于捕获粒子。并给出了TEM01*涡旋光场捕获实验选择参数的优化依据：束腰越小势阱越深，捕获越稳定；波长越长势阱越深，捕获的稳定性越强；粒子的半径越小所受轴向力越小，也就越不容易被捕获；粒子的相对折射率越大势阱越深，但当相对折射率大于1.45轴向力始终大于零，粒子无法被捕获。因此，适当选择各实验参数可增强捕获的稳定性。 本论文共分五部分：第一章介绍了光镊技术研究的历史、背景和国内外研究现状。第二章介绍了光镊技术的发展，概括地介绍了光镊捕获微粒的机制。第三章对粒子TEM01*涡旋光场中的光阱力进行了数值计算，讨论了实验参数对光阱力的影响。第四章介绍了光学扳手。第五章介绍了光镊系统的结构。