光镊是利用激光光束经高放大倍数、大数值孔径物镜强聚焦，产生梯度光阱，束缚、操控微小粒子的一项技术。光镊技术以其众多优点，已经广泛应用于生物医学、物理学等多个研究领域中。在生物学中，光镊技术可以用来研究大分子静态与动力学特性，可以对生物大分子进行精细操作，分子水平上的特异性识别和生命过程的调控，以及生物器件的组装等；在胶体物理学中，光镊技术可以用来研究微粒间的相互作用和胶体老化；在纳米技术研究中，光镊可以用来驱动微机械装置，以及测量微系统的力学参数等。其中利用光镊技术研究微粒及微粒间力学特性是其最为常见的一种应用，因此研究光镊的力学特性尤为重要。

本文主要基于光阱力计算的射线光学模型，研究柱状及片状粒子在光阱中受力特性；并利用蒙特卡洛方法，比较研究了三种热驱动标定方法在光阱刚度测量中抗干扰能力及稳定性；研究了各个光镊系统参数对光阱性能的影响，并提出了一种利用光阱刚度测量微米粒子折射率的新方法。

文章对光阱力的两种射线模型和电偶极子近似模型进行了详细的推导，并比较了上述两种射线模型的异同，两者计算结果基本一致。并基于射线模型理论，计算了片状及柱状粒子在光阱中的轴向受力情况，结果表明光阱对片状粒子在轴向无捕获，而对横向有限制的柱状粒子有捕获作用。此结论为光镊捕获柱状粒子提供了一定的理论依据。

分析了各种光阱刚度标定方法异同及优缺点，通过蒙特卡洛方法模拟生成5秒内光阱中布朗粒子位移与时间信号，并通过此信号外加偏移误差和系统随机误差，分析三种热驱动光阱标定方法对噪声的抗干扰能力。结果表明利用相对位移序列进行光阱刚度标定可以消除光阱偏移引入的误差；三种热驱动标定方法中，均方位移法比功率谱法和玻尔兹曼分布法具有更好的抗随机噪声干扰能力。此结论可以对实验中选择合理的光阱刚度标定方法提供指导依据。

基于射线光学计算模型，研究了激光参数、粒子参数及系统参数对光阱性能的影响。各参数对光阱刚度有不同的影响，这些结论对光镊系统的选材及搭建具有指导作用。同时分析了横向光阱刚度与轴向光阱刚度之间的关系，通过比较计算结果，提出一种利用光镊测量微米粒子折射率的新方法。此方法在大气环境科学、高分子化学、矿产鉴定、生物医学等众多学科有着广泛的应用前景。