光学显微镜凭借其非接触、非侵入、实时性等优点，在生物医学、材料科学、高端制造等众多领域中有着广泛的应用。由于光学衍射极限的存在，传统光学显微镜的横向分辨率一般只能达到200nm左右，这已远远不能满足现代科学技术对分辨率的需求。为了突破200nm衍射极限，多种超分辨显微成像技术被相继提出。在众多光学超分辨显微成像技术中，基于介质微球的超分辨成像技术具有低成本、操作简单、高分辨率、无需标记等优势，一经提出便受到了获得了极大的关注。

   国内外众多学者在微球超分辨成像机理、成像质量、微球操控等方面做了大量工作，促进了微球超分辨成像技术的发展。尤其在微球操控方面，各种操控技术被相继提出，用于精确控制微球的三维空间位置，避免微球直接铺散在样品上对样品表面造成不必要的伤害，极大地增强了微球超分辨成像技术的实用性。这些操控技术主要包括机械操控方式、化学驱动方式以及光学操控方式，其中，光学操控方式主要利用光镊技术实现微球三维空间位置的操控，是一种非接触、高精度、纯光学操控技术。虽然利用光镊操控微球进行显微成像已经取得一些进展，但仍然存在一些问题，主要包括：（1）、将光镊技术与微球超分辨技术相结合的时候，很少有研究会考虑微球本身特性（如折射率）的影响，若微球选择不合适，将会影响微球操控效果或者微球超分辨成像效果。（2）、单光镊技术只能产生单个光学势阱，仅能操控单个微球进行成像，因此成像视场受限于微球的尺寸，从而导致成像效率较低，同时灵活性较差。（3）、水浸没环境下，高折射钛酸钡微球具有很高的成像分辨率和良好的成像质量，但由于其本身高折射率过高，导致其很难被光镊技术所捕获，高折射率微球的使用并不利于光镊技术与微球超分辨成像技术的良好结合，如何提升高折射率微球的光学捕获效率同时保持其成像性能是一个值得研究的问题。

   本文针对现有光镊微球超分辨成像技术面临的几个难点问题，提出了相对应的解决方案，主要包括：（1）、兼顾微球光学捕获效率和超分辨成像性能，选择具有合适折射率的微球用于光镊微球超分辨成像。通过理论仿真和成像实验，分析了不同折射率微球对微球光镊捕获效果和超分辨成像性能的影响，从而选择了具有合适折射率的PS微球和MF微球，并搭建了相应的实验系统，在可见光照明下，使用选择的两种微球实现了单光镊微球超分辨成像。（2）、为了解决单光镊微球成像效率低、灵活性差的问题，引入了全息光镊技术并行操控多个介质微球进行超分辨成像。利用GS算法生成相位全息图，然后加载到空间光调制器上，在物镜焦面附近生成阵列式光阱并行操控多个介质微球，从而实现大面积微球超分辨成像；通过加载一系列全息图，改变光阱位置带动微球移动，可进行任意路径的扫描及拼接成像，极大地提高了成像效率和灵活性。（3）、为了解决高折射率微球难以光学捕获的问题，受抗反射涂层的启发，提出了使用PS介质涂层涂覆高折射钛酸钡微球，降低轴向散射力，从而增强高折射率微球光学捕获效率。通过仿真分析发现，合适涂层厚度能够极大改善高折射率微球的光学捕获效率，同时增强其光子纳米喷射性能，使其具有更好的成像特性，具有合适涂层厚度的涂覆高折射率微球完全适用于光镊微球超分辨成像。

   本文主要研究了光镊介质微球超分辨成像技术中的一些难点问题，对各种问题提出了相应的解决方法。根据现有的基本理论，通过仿真分析和实验验证，证明了所提出的解决方法的可行性。本文相关研究极大地丰富了微球超分辨成像研究领域，也将为光镊微球超分辨成像技术在显微成像、纳米粒子探测等方面的广泛应用提供有用的指导。