光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力，近年来已被深入应用于光学微操控技术研究，这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地，由于超构表面的尺寸在亚波长级别，具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力，这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发，详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件，包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等，并结合微纳结构的拓扑光学性质，对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后，本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。

为了研究激光偏振态对光阱刚度的影响, 本文比较了四种不同偏振态光场(方位角偏振光、径向偏振光、线偏振光、圆偏振光)捕获不同尺寸SiO2微粒的三维光阱刚度.研究结果表明：当SiO2微粒的尺寸和激光波长相近时, 圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度大于径向偏振光和方位角偏振光的三维光阱刚度; 而随着SiO2微粒尺寸的增加, 方位角偏振光和径向偏振光的三维光阱刚度大于圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度.此外, 实验也表明：使用浸油物镜捕获微粒时, 物镜匹配油的折射率和水的折射率不一致引起的球差, 会降低系统对物镜数值孔径的利用.通过这些研究工作, 可以为不同偏振态光场的测力研究提供一定的指导和参考.

提出无衍射贝塞尔光束的互补光束概念.基于惠更斯-菲涅尔原理和光场的相干叠加性, 给出了其频谱的一般形式.利用遗传算法搜索频谱相位分布的最优解, 使得扫描互补光束光片场的强度分布与贝塞尔光片旁瓣强度分布几乎一致, 二者相减可消除旁瓣的影响, 从而获得大视场均匀的理想薄光片.将其应用在光片荧光显微成像中, 可有效去除离焦背景噪声, 提高成像质量.

受激发射损耗显微技术(STED)作为一种远场超分辨显微成像技术, 具有几十纳米甚至几纳米的空间分辨率, 是细胞生物学等研究领域的重要成像工具。圆环形空心损耗光在物镜焦点附近的光场强度分布对STED空间分辨率起决定性作用。在高数值孔径物镜聚焦下, 光场的偏振态会对聚焦光场的强度分布产生显著的影响, 此外, 显微系统的轴外像差会严重破坏空心损耗光焦斑的中心对称性。基于矢量衍射理论, 理论模拟了在高数值孔径物镜聚焦条件下, 入射涡旋光的偏振态和光学系统中的彗差和像散对空心损耗光焦场强度分布的影响。实验上使用纯相位型空间光调制器来校准光学系统相差, 优化变形的损耗光, 利用纳米探针扫描焦点区域, 测量了其焦场强度分布。测量结果与由矢量稍微理论观测的结果一致。

光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点，自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入，传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来，空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制，极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能，促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发，综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用，重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。

在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上，提出一种改进的快速三维GS 算法获取目标场的全息图(CGH)并用于全息光镊系统中，从理论和实验上充分证明了该算法的快速性和有效性。实验搭建了一套基于纯相位液晶空间光调制器(SLM)的全息光镊系统，实现了对酵母菌细胞和二氧化硅小球等微粒的多光阱、多平面三维稳定捕获和动态操纵。实验上还产生了具有强度梯度的线状光阱和光学涡旋光阱，实现了对微粒的运输和旋转操纵。这种可以对微粒实现多光阱、多平面动态三维操纵的全息光镊系统为生物、胶体物理等研究提供了一种新的微操纵工具。

采用四象限探测器和功率谱密度法，搭建了一套快速标定光镊三维光阱刚度的测量系统.实验中，用四象限探测器记录微粒做受限布朗运动时的位置信息，用功率谱密度法标定光阱刚度，测得了直径0.97 μm SiO2小球和直径1 μm PMMA小球的光阱刚度与激光功率的关系.结果表明：对于SiO2小球，当激光功率为50~120 mW时，光阱刚度与激光功率成正比；对于PMMA小球，当激光功率为80~130 mW时，光阱刚度与激光功率成正比.该光镊系统可用于生物、物理等微观领域研究的高准确度测力系统.