表面等离激元是在金属表面传播的电磁波,能够突破衍射极限,具有巨大的局域场增强效应。双波导结构依托其强烈的耦合特性,结合表面等离激元优越的性质,极大的增强了波导间隙中纳米粒子所受光学力。石墨烯是近年来兴起的一种新型光电材料,在多个领域发挥着重要的作用。基于石墨烯与表面等离激元的新型石墨烯光纤结构,相比于传统光镊模型,在光学力上提高了多个数量级。本文对双波导结构和石墨烯光纤结构进行了多方面研究,对光镊的进一步发展具有重要的意义。第一章说明了课题背景及研究意义,并介绍了表面等离激元的公式推导、激发以及应用、石墨烯的性质、光镊的分类及应用。第二章介绍了石墨烯的相关光学参数,多种介质微粒的光学力计算以及数值仿真软件(COMSOL)的简介和使用方法。第三章介绍了银纳米线的模式和光学力,提出了两种新型表面等离激元波导结构。通过有限元分析软件对波导结构进行了模式仿真,模式面积、传播长度以及光学梯度力计算。这两种新型波导结构均可以在纳米级间隙中形成深亚波长光学能量束缚的效果。得益于波导结构之间强烈的耦合作用以及表面等离激元优越的特性,双银纳米线波导结构的光学梯度力达到了 4000fN/W以上,混合波导结构在保证良好的传播长度下,光学梯度力达到了 1000fN/W以上。通过对参数的调节,还能够形成精度可调的纳米级光镊,应用于不同的场景,实现对纳米级微粒的分情况操作。第四章提出了两类石墨烯等离子体波导结构,一类为石墨烯光纤,另一类为部分覆盖石墨烯光纤。通过有限元分析软件进行相关量的仿真计算,我们发现基于石墨烯与表面等离激元的优越性质,其在局域场的增强效果上要远远优于贵金属,产生的光学梯度力最高达到了107 fN/W。其中部分覆盖石墨烯光纤在光学梯度力的效果上要优于石墨烯光纤模式,而且在材料的使用上要更加节省,但是相对于石墨烯光纤的制作难度较大。以上两类情况下,通过添加基底,还可以实现光学力翻倍的效果。综上可得,这两类结构在光学梯度力的数值上相对于传统光镊提高了多个数量级,大大提高了对微粒捕捉的强度,在高精度捕捉领域具有广阔的应用前景。第五章对整篇文章的工作做出了总结,并对未来光镊技术的发展与应用做出了展望。