得益于低功耗、高相干、宽光谱和易于集成等特性,基于高Q值微腔的克尔孤子光频梳(简称孤子光频梳)已在超快精密测距、双梳光谱学、光学频率合成等应用领域及学科展现出前所未有的优势。由于高折射率掺杂玻璃平台具备CMOS工艺兼容、低损耗及成熟的耦合封装技术等特性,近年来得到了科研人员极大的关注。本论文基于高折射率掺杂玻璃材料制备的微环谐振腔,围绕孤子光频梳的产生及应用展开理论与实验研究。理论上提出了谐波和次谐波相位调制泵浦方案,数值上研究了高阶倍频孤子光频梳产生的动力学过程;基于模式耦合效应和热调谐微腔谐振峰方法实现了具有多种光谱特征的光孤子晶体光频梳;基于正交偏振辅助激光热平衡的方式得到了微腔多孤子和单孤子光频梳,并基于单孤子光频梳开展了三项验证性的应用研究实验,主要研究内容与取得的结论如下:一、理论上提出了谐波相位调制泵浦方案,并且在数值上实现了1-4等距分布光孤子(重频范围为～10 GHz-～40 GHz)的确定性产生,分析了拉曼效应对孤子演化的影响。为获取更高重频的孤子光频梳,理论上开展了次谐波相位调制泵浦方案研究,通过设计和优化调制频率和泵浦效率等参数,在单一微腔内确定性的实现了5-20倍自由光谱范围(FSR)的等间距分布的孤子光频梳,对应的重复频率可调范围在～50 GHz-～200 GHz。二、基于模式耦合效应和热调微腔谐振峰的方法,实验上实现了光谱范围超过200 nm的多种光谱形状的光孤子晶体光频梳;进一步地,将材料损耗的色散特性和拉曼效应代入仿真模型,计算出高折射率掺杂玻璃材料的拉曼时间常数范围为2.5 fs-2.7 fs。三、实验上引入与泵浦光同偏振或者正交偏振的辅助光实时维持腔内的热平衡,首次在高折射率掺杂材料上实现了单孤子光频梳,重频分别为～48.97 GHz(光谱范围～160 nm)和～26.09 GHz(光谱范围～80 nm);通过调谐半导体制冷器的温度,实现了对光孤子色散波中心波长的调谐。此外,基于单孤子光频梳开展了三项验证性的实验研究:1.基于色散干涉的原理测量了～1179米的绝对距离,艾伦方差小于27 nm;2.基于实验上得到的两个重频差为～600 k Hz单孤子光频梳源,测试了HCN气体在1530 nm-1560 nm波段的吸收峰,观测到7根吸收强度在3 d B以上的梳齿;3.基于异步采样的原理,利用单孤子光频梳与另一待测光孤子拍频采样,确认了单孤子,双孤子,三孤子和五孤子的时域分布。