微流控芯片对于细胞和生物分子的检测和研究,高精度化学反应以及药品合成和筛选而言越来越重要,其中最为关键的技术之一就是对微流芯片中的微流体的各项参数的精确检测,由于微流芯片的通道尺寸往往是微／纳尺度的,这将对检测设备的尺寸大小有了一定的限制。虽然现在的流速可由进样泵精确控制,但微流体从进样泵流向微流芯片时存在一定地时延,这将使得流速测量产生偏差。因此,微流芯片中精确且灵敏的流速检测是一个急需解决的问题。本课题引入了光操控技术,使用光纤操控聚苯乙烯(PS)微球,通过微球距离光纤探头的距离(操控长度)来传感微流体的流速大小。主要过程是光纤出射波长为980 nm的激光对PS微球有一定的光学力,而微流体对PS微球也产生了流体力,两种力的方向相反,通过建立、破坏和重构微球的受力平衡,建立流速与操控长度的数学模型,从而实现微流体的流速传感。本文设计了集成渐变折射率光纤(GIF)锥和微腔在微流体中可调光操控微粒的实验。介绍了光纤锥等器件的加工过程。通过软件模拟微腔长度变化的过程,论证了光束通过渐变折射率光纤锥的聚焦后,聚焦点会随微腔腔长的变化而改变,并在实验中验证了微腔可调控微球的力平衡。本文主要通过调节光功率和流速来实现微球受力平衡的建立、破坏和重构的过程。实验结果表明,操控距离的可调范围在20μm～45μm之间时微粒可在任意位置被稳定操控。当微腔长度设置为57μm时,使用的光纤锥出射光束的聚焦点与光纤锥尖的距离为LF=18.9±1.0μm。理解光对微球的调控机理,是为了更好的使用光操控技术做成流速传感器。本文使用平端面的单模光纤操控微球,这可简化结构和降低损耗。采用射线光学模型建立了操控距离与微流流速的关系,通过力学平衡的数值仿真,验证了模型的可靠性。本文对传感器的特性参数包括动态测量范围、线性度、重复性、时域稳定和精度等进行了检测。获得的最大的操控长度为715μm；在41 mW的激光功率下,实现了接近3个数量级的动态范围,从20 nL/min到14000 nL/min;在流速检测的过程中,该微粒的的稳定性很好,可以持续几个小时；流速的测量精度在v<100 nL/min可以做到10 nL/min。还对比了不同技术平台的流速传感器的性能参数,这些特性参数表明光操控特别擅长低流速下的高灵敏检测,具有把探测极限做到更低的潜力。值得注意的是,这些参数是在激光功率可调范围很小的情况下获得的,说明该传感器的性能参数还有较大的挖掘空间。