自20世纪80年代以来,微捕获和微操控技术得到了学术界的广泛关注,尤其对一些生物大分子、活体细胞和固体颗粒捕获并操控的研究得到了各领域科研工作者的空前重视。本文提出了一种新型光学捕获模型,解决实现了捕获操控并收集液体或气体中的固体颗粒的关键性问题。研究锥形双光纤三维远场可调光捕获结构,以实现对细微固体微球的捕获和操控,获得对液体或气体中的固体微球捕获、操控和收集的理论和实验模型,力争使光纤光学领域中的光捕获与光操控研究取得突破性进展。本论文研究的完成不仅将大大提升我国在光捕获领域的竞争力与影响力,而且在研究环境治理方面,也有着重要的应用参考价值。本文首先在原有平面型光纤光镊的基础上探索得到更有力的激光镊子—球形光纤尖端组成的锥形光纤光镊,锥形光纤尖端的半球面相比平面型光纤能够更强地聚焦通过光纤尖端的光束,可在光纤出射区域形成更强的聚焦光场,有更多的光子与捕获对象交换能量和动量,从而得到更大的光力。之后引入双光纤光镊系统,是为了克服单光纤光镊不能稳定捕获被捕对象的缺陷的同时得到比单光纤光镊更强的捕获光场和更大的捕获力,由半球形光纤尖端组成的锥形双光纤光镊系统是利用两支精确准直、相向传播的锥形光纤尖端制成的,从两尖端的半球面出射的强激光束形成了更强的聚焦光场和光捕获力。球状颗粒被捕获和控制在双光纤发出的激光束里,两束激光作用在微球上的沿竖直向上的竖向光捕获分力完全能够抵消重力实现悬浮,为既稳定又有效地捕获并操控球形颗粒做好准备工作。引入空气微腔,是因为激光在空气微腔中传输可以实现其能量的衰减,通过改变锥形光纤前端空气微腔的长度,便可改变带有空气微腔那端锥形光纤的激光会聚作用,进而达到改变光捕获时的平衡位置,如此便可根据需求将被捕对象进行定向移动,达到对被捕对象实现操控的目的。此类锥形光纤的尖端在实验上是由光纤经熔融拉锥或尖端研磨得到的。最后,本文将液体中的操控拓展到了在空气中对雾霾粉尘颗粒的捕获研究。经过研究计算光纤在捕获系统中的捕获受力情况,最后得出的结论是:锥形双光纤光镊系统可以在空间三维中捕获球状颗粒,可调控长度的空气微腔能够使其进行定向移动以便于后期的收集处理。本论文的理论分析和模拟仿真结果,为新型锥形双光纤光镊系统平台的搭建做了重要的参考价值,也为下一步的规模化生产环境监测和除霾消尘等仪器设备做了充足的理论和实验的准备工作。