气溶胶微粒是空气污染的主要组成部分。由于其来源广泛,且在大气环境中会发生一系列物理化学演化过程,因此微粒之间（即使是同一来源）具有明显的差异。为揭示大气颗粒物的形成机制和准确推断污染物的来源,发展单个悬浮气溶胶微粒原位分析手段十分必要。激光捕获由于非接触、无损、低成本的显著优势,为单颗粒原位分析提供了重要工具。激光捕获辅助原位光谱技术在单颗粒在线分析中表现出可观的应用前景。其中,激光捕获的稳定性和操控精度对单颗粒分析的灵敏度和测量精度具有很大的影响。为了实现对颗粒物的稳定捕获和三维精确操控,本论文做了以下工作:首先,采用尺寸可调空心光束搭建了单个气溶胶颗粒捕获系统。并在竖直和水平两种装置内实现了气溶胶微粒长达数小时的稳定捕获。此外,对大量被捕获的气溶胶微粒位置进行了观测,发现被捕获的气溶胶微粒紧挨着空心光环内侧。进一步结合光泳力理论,分析了颗粒在空心光场中的受力机制,为颗粒物的操纵奠定基础。其次,调节空心光束尺寸的大小在竖直和水平两个装置内实现了气溶胶微粒沿激光出射方向（z平面）上可控的一维操纵,操控精度为微米级;在激光捕获装置中引入一个楔形棱镜,通过旋转楔形棱镜改变光阱位置,在水平和竖直捕获系统中均实现了被捕获气溶胶微粒在激光截面（x-y平面）上的绕光轴旋转,并在理论上对不同位置处被捕获气溶胶微粒在旋转过程中的受力变化进行了分析。将上述两种装置进行了组合,在空间上实现了气溶胶颗粒的三维光操纵。最后,对气溶胶进样装置进行改进,采用高斯光溅射炭黑乙醇溶液产生固液混合态气溶胶,通过对空心光阱和高斯光阱内捕获微粒尺寸的统计,证明高斯光阱对不同尺寸微粒的筛选能力。并采用空心光捕获和操纵所产生的积聚模态微粒,利用激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）对所捕获颗粒进行成分分析,得到了优异的重复性,证明提出颗粒物捕获和三维操纵方法在单颗粒分析中的可行性。本研究实现了在竖直和水平两个方向上对单个气溶胶微粒的三维光操纵,并结合LIBS对积聚模态微粒进行了研究。为非接触、无损地原位分析单个气溶胶颗粒提供了一种有用的方法。