光镊技术使用激光束对尺度在微米或者纳米量级的微粒进行非入侵式的捕获和操控,不会对微粒产生机械式损坏与伤害,因而几乎不会影响生物粒子的周围环境。加之生物微粒本身对光具有良好的穿透性,使得光镊技术特别适用于生物微粒的活体操作。因此,对光镊技术进行分析与研究,有利于促进生物化学、生物物理学等需要对单一分子进行独立研究的领域的发展。光纤光镊由于具备体积小巧、操控灵活、成本低廉等优势,对于推动生物医学、生物物理学等领域的发展具有其他工具不可比拟的优势。目前已有的光纤光镊仍然处于实验室探索研究阶段,距离真正应用到实际的生产研究过程中,其功能完备性还需要科研工作者继续探索。为了发展出更加灵活方便、能够满足实际需要的光纤光镊,本文研究工作将光镊与特种光纤相结合,旨在利用特种光纤实现常规光纤光镊难以实现的一些操控功能,继续完善光纤光镊的功能,拓宽其应用领域。第一,本文对光纤光镊的起源以及发展,做了简要回顾。按照现有的光纤光镊探头制作技术,分别按照研磨法、加热拉伸法、化学腐蚀法以及高精度微加工法将目前已经报导的光纤光镊进行分类,并罗列了光纤光镊的应用领域。第二,对光纤光镊的机理进行剖析,从光纤模式理论、光阱力计算等方面展开论述。首先,对光镊原理进行了简单的分析,得出光镊之所以可以俘获微粒是梯度力和散射力达到平衡的原因;介绍了什么是线偏振模、线偏振模的特性,由线偏振模推导出LP_mn模的特性,介绍了LP_mn模与矢量模之间的对应关系,又从一般到特殊,对LP₁₁模进行了单独的分析,并分析了LP₁₁模式的光学势阱特性;最后对光阱力算法做了总结,并且根据微粒大小进行分类,引入射线光学模型、电磁模型、第三类粒子这三个模型,对不同尺度粒子的受力大小进行了分析,重点引入FDTD算法,实现对光阱力的仿真与计算。第三,本文研究了椭圆芯光纤的椭圆纤芯对LP₁₁模式的约束特性,利用仿真软件对其进行模拟,并结合实验对LP₁₁模式在椭圆纤芯中的分布状况进行验证,发现LP₁₁模式能够被比较稳定的束缚在椭圆芯光纤的长轴方向,随着光纤的转动而几乎同步旋转。基于这种特性,本文提出了一种基于椭圆芯光纤的单光纤光镊,采用研磨法制作出一种楔形的光纤探针,利用LP₁₁模式在光纤探针前端汇聚,对酵母菌粒子进行捕获,转动光纤时,酵母菌粒子能够同步旋转。第四,本文创新性的提出,使用环形芯单光纤光镊来对单个微液滴进行捕获与移动控制。一方面,将环形芯磨制成圆台状作为光纤光镊探针,成功将光束聚焦点与光纤光镊探头端面分离,可以实现远距离的捕获,因而,其中预留出的空间为操控单个微液滴提供了条件;另一方面,环形芯光纤中的环形芯相当于许许多多个对称分布的双芯进行叠加,因而环形芯光镊出射的聚焦光场所形成的光阱,具有更强的捕获力。这两个优势的叠加,使得我们能够在实验中成功捕获直径为几到几十微米的液体微球,并且对其进行三维的自由移动。