为了捕获不同材料、不同尺寸的多微粒串列, 采用界面层腐蚀法制备了双锥角光纤探针, 搭建单光纤光镊系统捕获了酵母菌、二氧化硅和聚苯乙烯等材料的多微粒串列。结果表明, 对于相同材料的微粒, 双锥角探针所能捕获的微粒数量随其尺寸增加而减少, 而对于相同尺寸的微粒, 捕获微粒的数量随材料折射率增加而减少; 通过测量捕获微粒串列时各个微粒的捕获力, 发现串列中离探针尖端越远的微粒其所受捕获力越小, 在外力的作用下远端的微粒将率先逃逸; 理论计算显示当光纤探针的2次锥角超过60°时, 不能捕获2个或2个以上的球形微粒, 该结果和实验观测一致。此研究可应用于精细加工和微纳制造。

光学操控已被广泛应用于生物医学、物理和材料科学等领域。近年来，锥形光纤光镊由于具有操作灵活、结构紧凑、易于制造等特点，在光学操控领域引起了极大关注。作为一种非侵入式光操控工具，锥形光纤光镊不会对生物组织和活体细胞产生接触式物理损伤，因而可以直接应用于细胞的多维度操控。此外，红外光波对生物组织具有良好的穿透性，这使得锥形光纤光镊在生物及医学领域有着不俗的表现。在这篇综述，笔者总结了锥形光纤光镊在单细胞、多细胞、亚细胞等层面的研究现状，并介绍了其在神经细胞调控方面的最新进展。

设计了一种半圆形前置与梯形后置双界面的光栅结构的单晶硅薄膜太阳能电池，利用时域有限差分法对该结构和对照组进行了模拟计算，通过分析短路电流密度和吸收光谱可知，双界面光栅结构的光捕获性能优于单界面光栅结构，利用电磁场分布对该结构在长波段（750~1100 nm）的吸收增强机理进行了分析。此外，针对前置半圆形后置梯形光栅结构，进一步优化了后置梯形光栅的左右斜率与同周期下前后光栅的偏移程度，结果表明非规则的梯形结构具有较好的光捕获表现，通过吸收效率云图也能发现偏移程度在40 nm时效果最佳。通过计算分析，短路电流密度的最优值达到了20.17 mA/cm²，相较于平板结构的短路电流密度提高了58.1%，研究结果对于薄膜太阳能电池的光栅结构设计具有一定的指导意义。

光同时具有自旋和轨道角动量属性, 它们分别与光的偏振和相位分布相关。在傍轴条件下, 光的自旋和轨道角动量在自由空间传输过程中是相互独立且各自守恒的。而在非傍轴条件下, 如紧聚焦或者散射光场中, 光的自旋与轨道角动量之间会发生相互耦合和转化。其中, 紧聚焦场中自旋与轨道角动量的相互作用由于广泛涉及光学捕获、显微和探测等应用领域, 近年来受到广泛关注。综述了紧聚焦场中自旋、轨道角动量理论计算方法, 自旋-轨道角动量相互作用与入射结构光场的关系以及最新的相关应用研究进展。

为了实现金纳米粒子的高效聚集,获得高灵敏度的表面增强拉曼散射(SERS)基底,并研究激光对金纳米粒子的光热效应,搭建了一套集成像、SERS探测、光捕获为一体的光操控-显微拉曼系统,通过实验研究了光热效应对溶液中金纳米粒子的作用以及对待测物芘的SERS信号增强效应。此外,利用时域有限差分(FDTD)法从理论上计算了金纳米粒子聚集体与单个金纳米粒子的电场增强效果。结果表明:溶液中的金纳米粒子在热泳力及对流的共同作用下在石英衬底表面聚集,聚集速度受外界环境温度的影响;随着聚集时间延长,待测物芘的SERS信号强度增加,且其稳定后的SERS信号强度比金纳米溶胶基底增强了15倍;FDTD模拟结果表明金纳米粒子聚集体会产生比单个金纳米粒子更高的SERS增强因子,增强因子为1.30×10 7。本研究利用光热效应实现了大范围、高效率捕获金纳米粒子的光操控,该方法可显著提高金纳米粒子的SERS效应,在化学和生物等领域的物质检测分析方面具有较大的应用潜力。

以光纤通信为代表的光纤科学与技术的发展取得了辉煌成就, 以光纤传感为代表的光纤科学与技术的研究已延伸到社会发展和人们生活的各个方面, 以光纤为基础的各种新型微纳结构光子器件不断被设计和制作成功, 新的应用领域和潜力不断被挖掘。将微纳光纤探针应用到光镊领域, 不仅可以操控数量庞大的微粒, 还可以精确操控单个微粒, 这在微粒组装、筛选等领域有重要应用。将光纤探针应用到生物细胞的操控中, 能给研究细胞之间的相互作用提供新思路。

近年来, 具有自然界中天然媒质所不具备的特殊性质的电磁超材料在很多领域引起了广泛关注。零折射率超材料(ZRIM)是一种相对介电常数和磁导率为零的特征材料, 在光学领域具有很多独特的特征, 主要表现在波长拉伸、相位一致以及隧道效应等方面。介绍了几种典型的ZRIM结构以及ZRIM结构中实现的性质, 包括无限大波长、均匀场分布等。讨论了ZRIM结构的实现在物理光学中的重要应用, 比如定向发射、发射增强、边界态分析以及光的捕获。基于零折射率的性质以及特征的研究, 为新器件开发、新光学元件的基础研究提供了相应的参考和指导。

利用aSi∶H和SiO2等介质，设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300～1 100 nm波段的反射率和透射率进行仿真，计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析，最终得到了最佳背反射器结构.结果表明：设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径，有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响，提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力，将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96 mA/cm2，较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.

通过紫外光谱法、 稳态和时间分辨荧光光谱法比较, 研究了光诱导新型1-2代羧基芳基苄醚树枝配体周边取代酞菁锌(Ⅱ)配合物的分子内能量转移。 研究结果表明: 1-2代羧基芳基苄醚树枝配体周边取代酞菁锌(Ⅱ)配合物主要以单体形式存在于二甲基亚砜中;在270 nm处树枝配体吸收峰强度随着树枝代数增加而增加, 因此树枝配体的光捕获能力增强;树枝代数对酞菁核的荧光特性影响显著, 随着树枝代数增加, 荧光寿命和荧光量子产率降低;在270 nm激发, 能量从外围树枝配体(给体)传递给酞菁核心(受体), 这一过程中外围树枝充当能量肼的角色, 随着树枝代数增加, 分子内能量转移效率增大。 因此, 新型羧基为端基的芳基苄醚树枝酞菁锌配合物是一类新型光捕获天线结构的化合物。

光捕获和光操控是一种通过光镊、倏逝波、光泳或光热等对微纳尺度颗粒、生物大分子和细胞等微小物体进行非接触、无损伤捕获和操控的方法和技术。详细归纳和总结了国际上在光捕获和光操控方面的研究进展和最新动态，分析了其今后的研究发展方向。