自1986年由A.Ashkin等人首次完成光镊实验以来,光镊技术已广泛应用于生物学、化学、胶体科学和物理学等领域。特别是在生物学中,它被应用于操纵细胞、细胞器、病毒、细菌和DNA分子,为研究这些基本生命单位和了解其生物学功能提供了有力的工具。光纤光镊继承了光纤灵活、体积小、结构紧凑的优点,可以通过人体的天然孔口到达病变组织,从而非常好的应用于体内医疗。在光纤光镊的研究中,提高可操作性以实现多维度操作是一个非常重要的研究课题,并且人们在此方面进行了深入研究。本文基于光纤光镊,对细胞的多维度操作进行了研究,完成对酵母菌细胞的捕获、运输、弹射实验,对细胞旋转操纵进行了理论计算。本文对光纤光镊的背景、技术发展、当前研究状况进行了总结式的描述和回顾。重点介绍基于特种光纤的光纤光镊的发展和近况,包括基于环形芯的光纤光镊、基于同轴双波导的光纤“光枪”、基于多芯光纤的“光学微光手”等。介绍了光阱力计算模型,重点描述了基于电磁理论的计算模型和力矩计算模型。本文提出了两种新型的光纤光镊:第一种新型光纤光镊是一种具有弯曲锥形的“鸟喙”形光纤光镊。通过人为制造梯度热场,我们改进原有的拉锥工艺。其侧边用于细胞二维捕获,可将细胞输运至光镊顶端,在顶端被三维捕获或弹射出去。本文使用酵母菌细胞进行实验,完成捕获、运输、弹射操作。实验与仿真结果高度吻合,证实“鸟喙”形光纤光镊可以集成二维捕获、运输、三维捕获、细胞发射等多种功能。第二种新型光纤光镊是基于多芯光纤的可使细胞多方向旋转的细胞光学马达。这种光马达系统使用到一根多芯光纤或者两根同轴排列、出射光相向而行的多芯光纤。相反排列的双光纤结构仅用于早期研究中的细胞捕获。由此本文提出了基于七芯光纤的光纤光镊,其中间芯用于捕获,侧芯用于旋转细胞。因此,捕获光束和旋转光束相互独立,可以自由操纵细胞。此外,由于在我们的镊子包含六个侧芯,仅仅通过控制每个纤芯的光束的光功率就可以实现细胞的多维旋转,而无需任何额外的机械操作。本文对两种新型光镊进行了详尽的力学分析,包括捕获力分析、力矩分析、运动轨迹动态分析。本文提出的两种新型光纤光镊可用于细胞学、血液微流等领域。