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光镊系统可以实现微米粒子的纳米精度位移测量,对该测量装置和方法及各种误差来源进行了分析.着重讨论了动态图像分析法,包括灰度重心法和新发展的幂次重心法、二次曲线拟合法.提出了一种对图像分析法进行评估的数值模拟方法,对这三种算法引起的误差进行了数值模拟.结果表明,方法误差与随机噪声的性质有关:在本底噪声为主时,二次曲线拟合法精度高,计算量小.用四像限探测器和图像分析法对固定的微米小球进行了位置测量,二者的标准偏差分别为1 nm和0.3 nm.在纳米精度的位移测量的基础上,可以实现光阱刚度的测量,并进而测量了微米小球所受到的亚皮牛顿力.基于位移和刚度的精密测量,微小力的测量可以达到飞牛顿量级.