横向自旋是近年来发现的一种光场新特性,不同于人们以往的认知,光场不仅有沿着传播方向的自旋角动量,而且还有垂直于传播方向的横向自旋角动量。也就是说,当一个纳米粒子位于具有横向自旋的光场中时,它会在自旋力矩的作用下在横向发生自旋,这一现象为光学微操控提供了一个新的自由度。此外,由于波导表面的横向自旋锁定现象,圆偏振偶极子会在波导中产生单向传播的模式。因此,光场的横向自旋还可以应用于量子光通信及光学超表面等领域。本文从三个方面对光场的横向自旋特性及其应用进行了研究,具体内容如下:研究紧聚焦矢量涡旋光束的横向自旋特性。以紧聚焦拉盖尔-高斯光束作为光源,利用偶极近似模型计算了金纳米粒子在该紧聚焦光场中受到的光力和横向自旋力矩,并得出金纳米粒子在紧聚焦矢量涡旋光场中的运动状态。研究了拓扑电荷数、粒子半径、折射率、吸收率等参数对横向自旋的影响。结果表明在光束拓扑电荷数为零时,纵向自旋能够完全转化为横向自旋。研究波导中的横向自旋效应。首先计算了条形波导和狭缝波导中的光场分布,并且利用偶极近似模型计算了金纳米粒子在波导附近受到的光力和自旋力矩,由此进行详细的分析并得出粒子在波导附近的光操控状态。探究了狭缝波导的几何结构对光力及自旋力矩的影响,分别得到了狭缝宽度、介质高度和宽度对金纳米粒子受力和力矩的影响规律。研究基于光场横向自旋而导致的单向波导激发特性。利用光子的量子自旋霍尔效应和近场干涉理论分析了这种单向激发现象的物理本质。利用米散射理论选出合适的介电常数和尺寸的介质小球作为散射体,证明了经过介质小球散射的圆偏振光场可以诱导单向激发现象。此外还可以通过调节光场的圆偏振方向来控制光束的传播方向。基于此设计了一种用于控制光束的传播方向的光学微器件。