光镊技术是利用聚焦光束对粒子进行捕获和操控的一种微操控技术。传统的光镊系统受到高倍显微物镜的尺寸和光学衍射极限等因素的影响,制约了其进一步发展。因此研究人员利用纳米技术,基于超材料制作出超材料光镊。与传统光镊相比,超材料光镊具有体积小、易集成的优点,突破了光学衍射极限,能够捕获纳米尺寸的样本,在光镊领域得到广泛关注。本文对超材料光镊系统进行了深入的理论研究,阐述了光镊的基本原理以及处理光力(Optical Force)的三种物理模型：射线光学模型、瑞利散射模型和电磁模型,其中电磁模型是本文研究的重点。文中对超材料光镊系统的理论仿真和光力的数值计算都是基于此模型。以往的超材料光镊利用表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance)产生三维势阱实现对微粒的捕获,但是激发超材料的表面等离子体共振需要光以特定角度入射,并且大多数超材料光镊不能工作在可见光波段,而可见光在裸眼生物医学检测中十分重要。渔网超材料是一种新兴的超材料,它制作工艺简单,光只要垂直照射即可激发局域表面等离子体共振现象,而且通过调整空间几何结构,可以使其工作在可见光波段。本文将渔网超材料引入超材料光镊系统,设计了一种工作在可见光波段的超材料光镊。本文详细介绍了时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD),并用FDTD方法计算超材料的电磁分布,获得超材料的电磁学性质,从而筛选出能够工作在可见光波段的渔网超材料。在此基础上,将纳米尺寸的样本置于渔网超材料表面附近,通过数值计算获得电磁场分布,然后根据电磁场动量守恒定律,对麦克斯韦应力张量求积分,从而计算出样本受到的光力。基于这种方法,本文分析了样本在超材料表面不同位置的受力情况,理论验证了渔网超材料光镊在可见光波段对具有纳米尺寸的样本进行抓捕的可行性。仿真结果表明,在光强为1mW/μm2的光源照射下,该超材料光镊即可产生足够强的光力捕获纳米样本,同时具有尺寸小、能耗低、制备工艺和激发光源系统简单等优点。