本课题对单光纤光镊系统进行了深入的理论研究。阐述了光镊的基本原理以及处理光作用力的三种物理模型：几何光学模型、光与原子相互作用模型、电磁模型。电磁场模型是本文研究的重点，单光纤光镊系统的理论仿真和光阱力的数值计算都是基于此模型。电磁模型多采用计算电磁学的方法进行处理，详细介绍了在光学领域应用十分广泛的时域有限差分(FDTDfinite-difference time-domain)法，利用FDTD法数值计算了光纤探针内的传输光场和介质球的散射场分布。在此基础上，提出了一种用于单光纤光镊系统理论仿真和光阱力数值计算的新方法，它是电磁场模型的一个发展形式：采用FDTD的方法，首先数值模拟仿真光纤探针的传光特性与出射光场；进一步，介质球直接置于出射光场中，可同时数值计算得到散射场的分布；然后根据电磁场动量守恒原理，对麦克斯韦应力张量积分求得介质球所受的光作用力。利用此方法，对一系列单光纤光镊系统进行了详细的计算和分析，实现了对单光纤光镊系统的理论验证，并为单光纤光镊的优化设计提供了理论依据。 介绍了单光纤光镊实验系统的设计，搭建了实用化的光纤光镊平台，实现了四种光纤光镊方案，其中有三种为单光纤光镊系统。对不同系统的捕获效果进行了比较。