光与分散体系中分散相微粒的相互作用包含着能量和动量的传递。光阱技术可以限制微粒运动的特性使得人们可以方便的观测分散体系中单个微粒的动力学过程,这对于研究微粒的个体行为和彼此间的相互作用是非常有用的。例如光阱中存在多微球的情况,其中每个微球不仅受到来自背景光场的力作用,还受到来自其他微球散射光场和流体运动的影响。在适当的条件下,多微球可以集聚形成各种结构,即光学结合(Opitcal binding)现象。尽管光阱中单微粒的力学特性已经被广泛研究,但人们往往容易忽视多微粒散射光的力学效应,因而对多微球动力学的定量研究显得比较粗糙;同时倏逝波光阱作为二维光阱,为光学结合现象提供了天然的载体,尚没有对紧密结构中微球行为特性的定量研究。对这些现象的观测和研究,可以帮助人们更加全面的认识光力作用和拓展新的应用。基于这些需求,本文观测了倏逝波光阱中多微球在光力作用下集聚形成小间隔的一维和二维结构的实验现象,利用微球的位置波动定量的分析了单体微球和一维微球链的动力学特性。主要研究工作包括以下几个方面:1.单微球布朗动力学仿真。比较了常用的光阱刚度标定方法,指出均方位移法和玻尔兹曼法都不需要微球在流体中的粘度信息,这种特性有助于近平面倏逝波光阱刚度的标定。利用蒙特卡洛法和有限元法分别通过位置和速度迭代方式仿真了流体中单微球在受限布朗运动影响下的位置波动,比较了它们的特点,介绍了速度相关记忆时间和位置相关记忆时间的概念。通过仿真结果求解刚度发现二者的误差相当,但位置迭代方式计算时间显著缩短了3~4个量级。在仿真中发现当光阱中两个正交方向上刚度差异较大时,二维坐标系的选取可以对微球位置波动相关函数造成显著的影响。最后仿真了微球在外力矩作用下转动并受到布朗运动影响的位置波动,分析了三种情况下微球位置波动相关函数的特性,即转动位移占主要因素的情况、布朗位移占主要因素的情况和介于二者之间的情况,这种相关函数的分析提供了一种测量微球转动信息的方法。2.倏逝波光阱系统。搭建了双光束倏逝波光阱系统,观测到直径1umSiO2的微球形成一维链式结构的实验现象;搭建了四光束倏逝波光阱系统,观测到直径1umSiO2的微球形成二维结构的实验现象。3.多微球位置同时探测算法的实现。描述了显微镜物镜衍射成像的特点,仿真了设定信噪比下点源在图像传感器中所成的数字图像。比较了单微球位置探测常用的图像分析算法,根据观察的微球链的运动特性,改进了现有的极值中心法,在取得同等探测精度的前提下大幅缩短了探测时间,为后续实验中多微球位置的探测奠定了基础。4.一维结构中单体微球动力学特性的研究。在双光束倏逝波光阱中,直径1um的SiO2微球在光力作用下形成间隔紧密的一维微球链。在得到微球的位置波动后,分析了不同条件下微球平均间隔的差异;将每个微球看作处于各自的势阱中,这些势阱的刚度可以通过球-弹簧模型中各微球间连接弹簧的弹性系数来获得。在不同条件下分别计算了链式结构中连接弹簧的弹性系数,并首次从实验中定量地确定了它与激光功率和结构中微球数量之间的线性关系。依据这种线性关系推算了微球形成稳定链式结构所需的阈值功率,和实验中所观察的现象相符合。5.一维微球链整体动力学特性研究。比较了微球链和聚合物分子链的共同点和不同点,详细介绍了聚合物分子链基本的动力学模型:Rouse模型和Zimm模型。由于同时求解微球链中多个微球的运动方程存在很大的困难,因此在单个微球位置波动的基础上,采用彼此独立的模式将其组合以描述微球链的运动特性。建立了一般化的微球运动方程,介绍了描述微球间流体运动相互影响的张量。将迁移矩阵特征化得到微球链运动状态的本征模式,并通过已知Rouse模型和Zimm模型的仿真验证了其有效性。利用矩阵特征化方法求解了实际微球链的本征模式,并探索了本征模式自相关函数衰减时间的特性。6.二维结构中单体微球动力学特性的研究。在四光束倏逝波光阱中记录了微球在布朗运动作用下的位置波动,并验证了方形“晶格”结构。变换坐标系和去掉单元结构质心位置波动后,展示了微球相对位置波动的分布特性。根据其方差计算了各微球所处光阱的刚度,结果证实了微球单元结构中各微球受到相等的光力作用。