光学束缚为粒子的操纵与探测提供了一种无需标记、不接触、无损伤的方法,其被广泛应用于生物和材料科学领域。尽管传统的基于显微镜的自由空间光学镊子在处理微米尺度的物体上取得了巨大的成功,但是由于受光的自然衍射的限制,很难稳定束缚住纳米尺度的物体,除非采用高的光功率或复杂且笨重的聚焦系统。光子器件的光学近场可以提供高的电磁场能量梯度来用于纳米尺度的物体的束缚。光子晶体纳米梁腔具有高的品质因子和低的模式体积,可以将其中的光场显著增强和高度局域,大大提高了束缚效率。因此本论文重点研究了硅基纳米梁腔在光学操纵方面的应用,主要研究工作可归纳为:1.建立了波导-硅基纳米梁腔-波导系统中的粒子光力的理论模型,系统分析了微腔特性对粒子光力的影响,从理论上分析得到光力是正比于微腔的Qr1/2/V。运用有限元方法仿真计算了不同结构参数的纳米梁腔的性能与光力,仿真结果与理论模型相一致。同时,在仿真中发现最大光力发生在透过率接近0.25处,并且对于不同周期的纳米梁腔,其光力的最大值几乎相等。2.提出了一种微环·纳米梁腔复合微腔结构并将其用于粒子束缚。运用时域有限差分方法计算了纳米梁腔的能带结构,再利用有限元方法对复合微腔的谐振模式分析,并且利用光力的偶极力近似计算方法对复合微腔的纳米梁腔模对纳米粒子的光力进行求解,分析得出粒子被稳定束缚在纳米梁腔的中心位置的条件,最后利用有限元方法计算在不同结构参数的复合微腔的性能以及相应的光力。仿真结果表明该腔的光力正比于其(1-T)Q/V,并且在微环半径为3μm,纳米梁腔中的镜像孔对数仅为15对时,复合微腔的品质因子高达1.90×106,模式体积低至1.92(λ/nSi)3,同时光力达到-721pN/mW,是相同半径下的微环谐振腔的光力的12倍。3.提出了一种利用电子束照射对硅基纳米梁腔的谐振波长进行独立操纵的方法。电子束照射使得SiO2层更加紧凑,同时伴随着对Si层施加压力,从而增大材料的有效折射率,实现对谐振波长的红移。测量电子束照射前后的纳米梁腔的透射谱来对电子束照射的操纵性能进行了表征,结果表明谐振波长偏移量正比于扫描时间和电子加速电压。而且当腔中光场比较集中的区域被照射时,可以出现比较大的谐振波长偏移。最后,用电子束照射制作的纳米梁腔进行波长操纵处理,谐振波长间的最大差别从5.5 nm降至0.4nm,并且品质因子保持不变。