人类的历史进程离不开生命科学领域的发展,而激光和光镊的出现,更是成为了生命科学研究最为重要的工具。生命科学中的一系列微小尺寸的微粒,包括各种细胞、DNA、染色体等都需要一种有效且无损伤的操纵方式。光镊就是最合适的选择,因而在生物、物理化学和高分子物理等学科中成为了一个重要工具。随着光镊研究的深入,光镊逐渐走出实验室,成为一种广泛应用于各个领域的消费级仪器。本课题验证了一种采用低阶LP21模式的单光纤光镊系统。本文基于LP21模式的扭转线性特性和弯曲无关性特性,从理论和实验两方面验证了,采用磨锥光纤聚焦的LP21模式可以作为一种有效的光镊操纵系统,实现包括对微粒的选择、融合、移动和旋转等操纵。同时本文对微粒在LP21模式中的受力进行了详细的理论分析和数值仿真。采用最为常规的几何光学模型(RO模型)对微粒受力进行建模和仿真,仿真结果和最终的实验结果非常吻合。单光纤光镊简单的结构以及对生物细胞极为有效的操纵等优势,使得我们这个基于LP21模式的“光学爪盘”具有十分广泛的应用前景。本文主要有以下几部分内容：首先,本文简单介绍了光镊技术的发展和基本原理,重点叙述了光纤光镊的应用和发展。通过对光镊散射力和梯度力的分析,提出了光镊形成三维势阱操纵微粒的能力。其次,本文从理论上分析了米氏粒子的几何光学受力模型,利用Maple推导了微粒在LP21模式中受力的具体方程表达式,并根据实验中的光束特性进行了受力公式推导和数值仿真。接着,阐述了光纤模式耦合理论和模式选择理论,介绍了LP21模式的弯曲无关性特性和光纤扭转线性特性。再者,本文设计并验证了一种利用LP21模式的单光纤光镊系统,实现了对微粒的三维操纵和旋转操纵,并用成像系统获取了整个过程,最终得到光阱力的大小。最后,对本文的研究工作做了简单的总结和展望。