انبرک نوری در طول دو دهه گذشته تبدیل به ابزاری بسیار مهم در تحقیقات در حوزه های مختلف علوم شده است. دامنه ی کاربرد این ابزار از بیوفیزیک تا نانوتکنولوژی را در بر می گیرد. گروههای تحقیقاتی متعددی در دانشگاههای مختلف در کشورهای اروپایی، آمریکایی، آسیایی و اقیانوسیه در تحقیقات مختلف در حوزه فیزیک، شیمی، بیوفیزیک، زیست شناسی ، نانوتکنولوژی و دیگر حوزه های تحقیقات بین رشته ای از این ابزار بهره می برند. همچنین گروههای زیادی وجود دارند که بر روی بهبود و گسترش حوزه ی کاربرد انبرک نوری تحقیق می کنند و هر هفته مقالات متعددی در مهمترین مجلات علمی دنیا در این زمینه چاپ می شود. انبرک نوری اساسا پرتوی لیزر کانونی شده توسط یک عدسی با گشودگی عددی بالا یا یک شیئی میکروسکوپ است. این ابزار می تواند بدون اتصال مکانیکی به اجسام کوچک با اندازه ی چند نانومتر تا چند میکرومتر با شکل و جنس مختلف(فلز، دی الکتریک و نیمه رسانا) نیروهایی از مرتبه ی چند دهم پیکونیوتن تا چند دهم نانونیوتن وارد سازد یا این نیروها را اندازه گیری نماید. این اعمال نیرو با انتقال تکانه ی خطی از نور به جسم به تله افتاده انجام می شود. همچنین به وسیله ی انبرک نوری می توان به ذرات به تله افتاده گشتاور وارد کرد که از انتقال تکانه ی زاویه ای از نور به جسم حاصل می شود. در نتیجه با انبرک نوری می توان اجسام میکرومتری و نانومتری با شکل های مختلف و اندازه ی چند نانومتر تا چند میکرون و با جنس های مختلف(فلزی، دی الکتریک و نیمه رسانا) را جابجا کرد و چرخاند. از جابجایی و اعمال نیرو بر اجسام ریز در بیوفیزیک و نانوتکنولوژی بهره های زیادی برده شده و از چرخانیدن ذرات ریز توسط نور می توان در حوزه های مختلف از جمله میکروفلویدیک استفاده کرد. در این پایان نامه به بهتر نمودن کارآیی انبرک نور می پردازیم. از سویی به ترکیب انبرک نوری با روش میکروسکوپی تباین فاز که تکنیکی است برای دیدن اجسام شفاف ریز(که دسته ی عمده ای از نمونه های زیستی را تشکیل می دهند) و تغییرات ضریب شکست محیط(به طور مثال در اثر گرم شدن یک نانوذره ی فلزی در اثر جذب نور لیزر) می پردازیم و نشان می دهیم که استفاده ی همزمان از انبرک نوری و روش تباین فاز مقدور است و این دو روش مطالعه، عملکرد یکدیگر را مختل نمی کنند. این ترکیب، راه را برای مطالعه، اعمال نیرو و گشتاور بر نمونه های زیستی توسط انبرک نوری و مشاهده ی آنها و ثبت تصویر از مطالعه ی آنها ممکن می کند. از سوی دیگر به بررسی بهبود سیستم آشکارسازی انبرک نوری می پردازیم. همچنین با به دست آوردن انتگرال های پراش در هنگام کانونی کردن نور لیزر توسط شیئی میکروسکوپ در شرایط واقعی میکروسکوپی، به بررسی اثر روغن غوطه وری بر روی کیفیت کانونی کردن نور لیزر در میکروسکوپ و انبرک نوری می پردازیم. همچنین با استفاده از یک مدل ساده، اثر ضریب شکست روغن غوطه وری را بر روی کیفیت تله ی ایجاد شده در انبرک نوری محاسبه می کنیم و نشان می دهیم که پیش بینی های این مدل ساده تا حد بسیار بالایی با نتایج تجربی گزارش شده هم خوانی دارد.

تله اندازی ذرات کوچک با استفاده از نیروی تابشی و میکرودست کاری آن ها، بستر بسیار مناسبی را برای بررسی حرکت ذرات و انجام آزمایش هایی در حد یک مولکول را فراهم کرده است. این روش های جدید، تغییراتی شگرف و اساسی، در حوزه های علوم مختلفی چون فیزیک و زیست شناسی ایجاد کرده اند. بسیاری از این میکرودست کاری های مهم با استفاده از یک تک باریکه ی لیزر گاوسی کانونی شده، که انبرک نوری نام دارد، انجام شده است. امروزه انبرک نوری، به عنوان یکی از محبوب ترین روش های میکرودست کاری و انجام آزمایشات تک مولکولی مطرح شده است. این دستگاه می تواند به ذرات میکرونی و کوچک تر از آن، نیروهایی از مرتبه ی چند صد پیکونیوتن وارد کند و به طور هم زمان، جابه جایی هایی از مرتبه ی کم تر از نانومتر و زمان هایی از مرتبه ی میکروثانیه را نیز، اندازه گیری کند. اندازه گیری مکان با دقت بالا، یکی از چالش های بسیار مهم در انبرک نوری است؛ به طوری که آن را قلب دستگاه انبرک نوری دانسته اند. همین امر باعث ایجاد چندین روش مختلف آشکارسازی مکان شده است. bfpi، سریع ترین و حساس ترین روش اندازه گیری جابه جایی ذرات تله شده، نسبت به مرکز تله است. در این روش، از طرح تداخل ایجاد شده در میدان دور، برای آشکارسازی مکان ذرات استفاده می شود. در این رساله، پیشنهاد می شود که از طرح تداخل ایجاد شده در صفحه ی تصویر جسم، برای آشکارسازی مکان استفاده شود؛ سپس این روش که به طور خلاصه ipi نام دارد، از دیدگاه نظری و تجربی مورد بررسی قرار می گیرد و در انتها نیز با روش bfpi مقایسه می شود. در این روش، یک فوتودیود چهارتایی تغییرات توزیع شدت در صفحه ی تصویر جسم را ثبت می کتد. این روش آشکارسازی، سه بعدی است و از دقت زمانی و مکانی بالایی برخوردار است. نتایج نظری و تجربی ما اثبات می کنند که پاسخ فوتودیود در این روش نسبت به روش bfpi از حساسیت و دقت بیش تری برخوردار است و با افزایش ابعاد ذره، این حساسیت نیز بیش تر می شود .