腔光力学是研究光学（微波）腔场与机械运动之间相互作用的一门新兴学科。近年来,由于在前沿基础研究的巨大成功和实际应用的广泛潜在价值,腔光力学吸引了越来越多的研究兴趣。目前,腔光力系统已经可以在众多实验平台上实现,其日益成为研究宏观量子效应的理想系统。众所周知,基于腔光力系统实现对宏观机械振子的有效量子操控,先决条件是有效抑制掉环境热噪声的不利影响,将机械振子成功地冷却到量子基态。当前,许多方案已经对单个机械振子的基态冷却开展了广泛的研究并取得了理想的冷却结果。但对于多模机械振子特别是多模大失谐机械振子的同时基态冷却依然是一个长期存在的难题和挑战。与此同时,利用较为简单的动力学操控技术在腔光力系统中制备强的单模和双模机械压缩对于验证宏观量子效应以及在量子信息处理和精密测量方面都具有重要的意义。本论文基于腔光力系统,研究了双机械振子的基态冷却、单模机械压缩以及双模机械压缩的制备。主要研究内容如下:在复合三模腔光力系统中研究了双机械振子的基态冷却,分别对同频共振和大失谐耦合机械振子对的同时冷却进行了讨论。对于同频共振情形,通过引入频率调制技术使最接近共振的斯托克斯边带彻底抑制掉,双机械振子的冷却结果成功打破了无调制情况下的量子反作用冷却极限。而对于一对大失谐耦合机械振子,通过进一步引入偏置门电压调制构建起两个机械模之间有效的分束器型相互作用,从而为第二个机械振子提供了冷却通道。借助于动力学调制技术,成功实现了双模大失谐机械振子的同时冷却。该方案可以在从弱耦合到超强耦合区域、从可分辨边带机制到不可分辨边带机制的广泛参数范围内实现。设计了双层石墨烯薄膜实验系统模型,为方案的实验实现提供了充分的理论指导。该方案对于大尺度多模机械系统的潜在实际应用具有重要的意义。在标准腔光力系统中,通过引入周期调制单色驱动场有效冷却机械波戈留波夫模,研究了远远超越3 d B压缩极限的强机械压缩的制备。发现机械压缩量并不是简单地依赖于有效光力耦合的数量级,而是与其边带强度比率密切相关。为最大化机械压缩,稳态机制下同时数值和解析地优化了此比率。此外,讨论了环境热噪声对机械压缩的影响,发现机械压缩对于热噪声具有较强的鲁棒性。该方案可被期望用来简化目前一些基于双色泵浦驱动技术的动力学操控方案。利用机械非线性和参数泵浦驱动之间的联合效应,研究了如何制备超越3 d B压缩极限的强机械压缩。发现参数泵浦频率的恰当选择可将压缩变换下腔模与机械模之间的有效光力相互作用操控为分束器型相互作用,这有助于由光学参量放大器诱导的腔场压缩进一步转移到已被机械非线性压缩的机械模上。基于这种联合效应,实现了打破3 d B压缩极限的强机械压缩,但允许每个独立的组分压缩低于3 d B。发现对于理想的机械热库系统,联合压缩效应正好是两个各自独立组分压缩的叠加。此外,讨论了联合机械压缩效应的测量,发现其可直接通过零差探测技术测量输出场的正交涨落压缩谱来实现,而不再需要引入额外的辅助腔模。该方案的联合思想可以推广到研究其他量子效应的方案中。基于双振子腔光力系统,通过对单色泵浦驱动场振幅施加特定的周期调制,研究了双模机械压缩的制备。机械振子频率相等时,通过利用大失谐振幅正弦调制的激光场驱动系统,将两个非局域机械模的叠加模动力学映射成参数振子,从而成功实现了强的双模机械压缩。对于不同频率的机械振子,设计了特殊类型的边带调制技术施加在驱动激光场的振幅,精确地获得了制备双模机械压缩期望的光力耦合形式。由于双模机械压缩效应对应着机械振子之间的量子纠缠,采用对数负值度表征了机械-机械纠缠的强度。发现无论对于共振还是不同频机械振子,强的机械-机械纠缠均可有效实现。该方案对基于腔光力系统中量子纠缠的连续变量量子信息处理任务具有重要的应用前景。