光学环形谐振器是光电领域的一种重要构成器件,也是光电子芯片发展中不可或缺的一部分。由于其具有结构灵活紧凑、天然的波长选择性、局域光场增强效应以及良好的平台兼容性等优势,现已被广泛地应用于光学非线性、光学传感、光通信、快慢光以及量子光学等领域,具有极高的理论和应用研究价值。传统环形谐振器的输出响应早已无法满足现代化应用场景下的多种需求,因而近些年来研究人员提出了多种新型环形谐振器,通过对光场模式的调控实现了波分复用、慢光延迟、光缓冲、量子信息传输以及光学计算等一系列实际的应用。然而目前光学环形谐振器的研究主要集中于非反馈式的结构,对反馈式环形谐振器的研究较少,在多个谐振模式存在时系统结构不够简明,且模式调控的方法还有待进一步研究。针对以上问题本论文拟探索不同环形谐振器结构中谐振模式的物理机理,研究谐振模式的调控方法,简化整体结构用以提升光学环形谐振器的性能。本文基于法诺、电磁感应透明以及奥特勒汤斯分裂等环形谐振器中的典型物理现象,提出了新的反馈式环形谐振结构,研究了不同结构中模式调控的物理机理并进行了实验验证。具体开展了以下工作:利用传输矩阵法和时域模式耦合理论分别研究了双波导耦合单环的上下载型滤波器特性,分析了三种耦合状态下环形谐振器的透射响应。研究了两种反馈式环形谐振器的基本特性,重点分析了反馈波导的损耗和相位在模式调控中所起的作用,并给出了不同谐振器结构的应用场景。针对多个谐振模式存在时的模式独立调控问题,提出了一种非对称反馈式环形谐振器结构,研究了调控区域与非调控区域的隔离方法。通过非对称反馈式结构的设计,两反馈式环形谐振器的透射方程能够相互分离,实现了两谐振器各自模式的独立调控。分析了谐振模式独立调控下的透射谱线特性,理论上探索了实现多个透明窗的方法,并最终实现了单谐振谷内3个透明窗的输出效果,可以用于光学存储与光学计算。针对实现双法诺现象的结构复杂、调控器件多的问题,提出了一种双端口输出的反馈式环形谐振器,实现了需要4个环形谐振器才能得到的反对称双法诺输出效果,免除了额外的相位和波长调控器件。利用时域模式耦合理论研究了两个端口的输出响应,分析了整体结构中的光场传输过程,理论上解释了形成的法诺谐振和类电磁感应透明谐振的物理机理。实验中得到了两输出端口反对称双法诺的现象,实现了0.102自由光谱范围内23.7d B消光比线性变化的结果,并提出了增强其性能的方法,这样的结果可以用于光学强度传感以及激光器的波长监测。针对实现奥特勒汤斯分裂的系统复杂且不够稳定的问题,研究了单模打结光纤微环实现奥特勒汤斯分裂现象的方法。探索了打结微环在光纤过渡区域的物理特性,利用传输矩阵法建立了整体光场传播的物理模型。实验中研究了打结微环的透射响应,利用光纤探针调控微环参数,实现了单谐振谷内2个透明窗的效果,研究表明奥特勒汤斯分裂现象源自于2个同阶但不同偏振态的模式分裂。本文中实现了多个谐振模式存在情况下模式独立调控的效果,解决了调控区域与非调控区域的串扰问题。优化了反对称双法诺结构,避免了额外的调控器件。首次在打结光纤微环中观测到了奥特勒汤斯分裂现象,相比其它观测到这种现象的系统,结构简单稳定,且易与其他系统集成。以上的研究成果对于光学环形谐振器在光通信、光学传感、半导体激光器波长监测以及快慢光领域的进一步发展提供了参考。