光阱刚度是描述光镊对粒子进行操控的重要力学指标，实际使用过程中会受到激光功率的影响。采用均方位移法及玻尔兹曼统计法对搭建的光镊系统进行光阱刚度的标定，利用图像采集方法进行微粒位移的测量，并对两种方法的测量结果进行了比较。为了提高光阱刚度的标定结果的准确性，分析了光路放大倍数、温度变化对最后标定结果的精度影响。结果表明，两种方法进行标定的结果基本相同; 光阱刚度在低激光功率(1 mW ~20 mW)范围时随功率近似线性增加，在高功率情况下(25 mW~60 mW)随功率增加不再线性增加，而是趋于一个饱和值。此外，光路放大倍数标定的精确性对标定的精度影响较大，10%的相对误差时，标定结果产生23%的变化，温度对标定的精度影响较小，±0.1 ℃的温度变化导致标定结果0.034%的变化。

考虑高精度的光阱刚度测量是光阱力测量的关键, 本文提出了采用玻尔兹曼统计法来分析光阱刚度的测量精度。首先, 描述了实验室搭建的近红外光镊系统, 并将其搭建在暗室中的气垫平台上, 以便隔离光干扰和振动干扰。然后, 用四象限光电探测器探测被光镊捕获的微球向后散射的光, 并选用与溶液黏度无关的玻尔兹曼统计法计算样品池底面附近的光阱刚度。最后,分析和讨论了溶液温度的变化、四象限光电探测器的灵敏度、采样频率以及采样时间对光阱刚度测量精度的影响。理论分析及实验计算显示: 溶液温度的变化对光阱刚度的测量影响很小, 但四象限光电探测器的灵敏度对光阱刚度测量精度影响较大。考虑采样的完整性和数据处理速度, 采样频率通常取为被捕获颗粒拐角频率的5~10倍。对于本文搭建的近红外光镊测量系统, 采样时间取为1~7 s时, 可以保证高精度地测量光阱刚度。

The dynamical equation of a trapping cell is solved to find calibration methods for the trapping force, and two methods are compared by synthetic experiment data. Results indicate that: Boltzmann distribution method (BDM) is available for the force calibration of non-spherical or anisotropic cells in arbitrary trap potential; the mean square displacement method (MSDM) is available only for a symmetric harmonic optical trap. The spatial resolution requirement of the calibration system is about a nanometer. The results agree with the reported experiments.