随着激光技术的广泛应用,光束的紧聚焦特性、聚焦整形技术以及聚焦光场对微纳粒子捕获特性的理论与实验研究逐渐成为了光学领域中的“热门”课题。如何充分挖掘激光技术潜能,有效利用其新效应,对于光场空间结构的有效设计与调控就显得格外的重要。通过对光场偏振态、位相和振幅的空间结构设计,人们可以轻松地实现对三维聚焦光场的有效调控,获得形如“光针”、“光链”、“光学笼子”、“平顶型光场”等许多新颖的聚焦光场。这些具有特殊空间结构和奇特性质的新型聚焦光场对诸如信息技术、生物医疗、精密测量、材料加工、航空航天乃至国防安全等领域都具有十分重要的应用价值。此外,由聚焦整形技术所赋予的焦场可操控性好和针对性强等特性,使得激光技术在微纳粒子捕获与操纵方面也具有明显的优势。例如,通过偏振调控所产生的暗中空“光学笼子”能有效地捕获折射率小或吸光性强的粒子。因此,对光场紧聚焦特性以及聚焦整形技术的研究意义重大!现如今,虽然人们对光场聚焦整形技术的研究已取得了一定的成果,但由于该研究起步较晚并且相关技术仍不成熟,因此还存在很多科学上和技术上的难题尚未解决。鉴于此,本论文以光束的聚焦整形技术以及聚焦光场对微纳粒子的捕获特性为研究目的,对不同光束的紧聚焦特性、聚焦整形技术以及其光学捕获特性展开了详细的理论研究,主要研究内容分别如下：(1)针对径向偏振中空正弦高斯光束的紧聚焦特性以及光学捕获特性展开了理论研究。基于理查德沃尔夫矢量衍射理论和瑞利散射模型,理论研究了径向偏振中空正弦高斯(HSG)光束在不同光阶数下的三维聚焦光场分布：详细分析了金属瑞利粒子在焦点附近不同位置处所受光场辐射力的空间大小分布；通过改变捕获条件的相关参数(光阶数、粒子离光轴距离、粒子离焦面距离),详细讨论各个参数变化对光阱刚度大小的影响；研究结果表明高阶的径向偏振HSG光束可以大幅度地提高金属瑞利粒子在横向上的捕获稳定性,并拓宽其在轴向上的捕获范围。最后,本文还详细分析了HSG光束对金属瑞利粒子捕获的稳定性。(2)针对部分相干圆偏振涡旋光束的紧聚焦特性以及聚焦整形技术展开了理论研究。基于理查德沃尔夫矢量衍射理论和光学相干原理,创造性地提出了采用部分相干圆偏振涡旋光束与二元衍射元件(DOE)相结合的三维光场聚焦整形技术。研究发现通过恰当地调节入射光、透镜以及DOE的相关参数,可以实现对聚焦光场在三维空间上的有效整形。模拟结果表明部分相干圆偏振涡旋光束可以产生很多具有奇特空间结构的三维焦场,例如“光针”、“光链”、“光学暗通道”、以及“光学笼子”等。此外,相比于普通的“光学笼子”,通过采用本方法所产生的“光学笼子”具有一个可控的“开关”。即通过改变入射光的相干长度,该“光学笼子”的开关可以很容易地被“打开”或“关闭”。这一研究发现或许将为进一步增强光镊的捕获与操纵能力提供一个新的思路。(3)针对4π紧聚焦系统中的径向偏振光的紧聚焦特性以及光学捕获特性展开了理论研究。基于理查德沃尔夫矢量衍射理论和瑞利散射模型,两束相对传输的径向偏振光在4π紧聚焦系统下对金属瑞利粒子的辐射力进行了详细分析。研究发现相比于传统的单透镜光镊系统,4π紧聚焦系统的最大优点便在于它能够极大地提升粒子在横向上和轴向上所受的梯度力和光阱刚度。与此同时,由于在4π紧聚焦系统中两束相对传输的入射光在焦点处光强的相反相位叠加,粒子在焦点附近所受的散射力和吸收力也将受到极大地抑制,并最终导致了粒子在焦面上所受的轴向力只包含轴向梯度力。最后,本文还详细分析了捕获粒子的离焦距离和离轴距离对其所受的捕获力与光阱刚度的影响。