光学微操控技术,主要是研究当光照射到几十纳米或者几十微米量级的粒子上时会产生什么力学效果。自上世纪七十年代开始研究以来,人们发现其产生的光力不仅可以使物体沿着光传播方向运动,光力矩还可以使纳米微粒进行旋转,例如可以旋转细胞分子,还可以使纳米晶体在溶液中实现旋转,且具有易操作、无损伤显著优点,为生物科学中纳米机械的应用和纳米技术的普及提供了更多选择,所以在生物、医学、细胞分子、临床手术等方面都成为了一个有力的助手,因此,光力矩的增大和采集具有很实际的应用意义。但是,如何产生较大的光力矩依然是一项很艰巨的任务,因为入射光的角动量有限,而角动量必须守恒。近年来,人们尝试了一些方法增大光力矩,例如有人把金属材料做成手性结构,通过等离子体共振可以增大光力矩,但是金属材料会产生很大的热效应,因而影响应用;还有人选择将原来的单层材料结构改变成双层材料结构,通过多重散射循环利用光,延长对光的俘获时间,从而增大光力矩,除此之外,还能在两层材料间产生较大的光扭矩,使物体转动,这种结构产生的力矩大且吸收少。可见,将单层结构改为双层结构,不失是增大光力矩的一种很有效的方法。我们知道,增益材料具有将光放大的作用,所以我们猜测在双层结构中使用增益材料后,能进一步有效地增大光力矩。基于以上研究背景,本文主要对双层结构中增益材料层对其他材料层光力矩的影响进行了详尽的研究,为光学微操控提供了更多选择。本文内容如下:第一章是研究背景,分为三个部分:光学微操控技术的发展概述,光学微操控技术的分类,最后一部分是介绍本文的内容。第二章是简要介绍本文的理论方法,首先是介绍多重散射理论计算散射场,其次是利用扩展的Mie理论计算光力和光力矩,并且我们给出了光力和光力矩的解析表达式。第三章是对数值模拟结果的分析,首先在第一节介绍本文中用到的各个参数符号。其次在3.2节中介绍判断数值结果是否准确的方法。然后在3.3节中分析增益材料对其它材料光力矩的影响,我们发现,在多球体组成的双层结构中,增益-损耗(无损耗)结构中的损耗(无损耗)材料层比单层损耗(无损耗)材料层的光力矩大大提高(增大一个量级),并且在共振时会出现尖锐峰,上下两层材料发生相反方向的旋转,产生很大的光扭矩。增益-增益材料组成的双层结构,双层增益材料产生的光力矩和单层比没有明显增大,在共振处也会产生尖锐峰现象,但是两层材料产生相同方向的旋转,这与增益和其他材料结构的规律不同。第四章总结了本文,并对之后的研究工作进行展望。