近年来,我国城市空气污染形势严峻。大气颗粒物(大气气溶胶)是当前影响空气质量的首要污染物,对大气颗粒物的研究已成为广泛关注的热点领域。由于质量轻、粒径小,颗粒物可长期悬浮于低空,吸附工业排放的各种有毒物质,并发生一系列的物理与化学过程,产生新粒子与二次污染物,严重危害着人们的生命健康。发展单个颗粒物组分的实时在线检测技术,不仅有助于揭示大气颗粒物的形成机制以及准确推断污染物的来源,还能为制定相应的防治策略和治理方案提供理论依据和技术支撑。鉴于此,课题组前期提出利用激光捕获协同激光原位光谱技术来实现单个颗粒物原位在线检测的思路。其中,如何提高颗粒物激光捕获的稳定性和操控精度是一个关键问题。针对这个问题,本论文做了以下工作:首先,搭建了水平和竖直激光捕获装置,在此基础上研究了光场空间分布和颗粒物的规则程度对捕获效率和稳定性的影响特性。研究发现,空心光捕获的稳定性优于高斯光束;规则和不规则的微粒都可以在竖直的激光捕获装置中被捕获,而规则的微粒无法在水平激光捕获装置中被捕获。该研究对不同类型微粒的激光捕获装置选取具有指导意义。其次,以乙醇溶液为非线性介质研究基于热光非线性效应的交叉相位调制(Cross-phase modulation,XPM),获得了尺寸可调的高阶贝塞尔光束。在理论和实验上研究了泵浦光对高阶贝塞尔光束尺寸的调制规律,获得了尺寸随着泵浦光功率呈线性变化的高阶贝塞尔光。该方法为稳定捕获和精确操控空气悬浮颗粒物奠定了基础。最后,将尺寸可调的高阶贝塞尔束应用于空气中吸光微粒的捕获和操纵中。理论上对会聚高阶贝塞尔光场中不同捕获位置处微粒的受力机制进行分析。实验上对粒径为1-40μm的石墨颗粒实现了数小时的稳定捕获;并通过调节高阶贝塞尔光的尺寸,实现了在毫米范围内控制微粒的移动,操控精度为微米级。本研究采用高阶贝塞尔激光来捕获悬浮颗粒,有效提高了捕获的稳定性;创新地提出了通过改变高阶贝塞尔光束的尺寸来操控微粒的方法,实现了毫米范围内的高精度操控。与传统的改变激光功率或改变捕获光的空间位置来操控微粒相比,具有两个优势:第一,避免了传统的改变激光功率操控微粒对微粒造成光损伤问题;第二,克服了改变捕获光的空间位置时产生的像差对操控微粒移动精度造成的影响。本研究为下一步进行空气中单个悬浮颗粒的原位在线研究奠定了基础。