光照射在物体表面,会把动量传递给物体,并由此产生力的作用,这种力被称为光辐射压力。20世纪60年代末,Braginsky为了理解引力波探测的原理,建立了一面镜子与谐振子相连的光学腔模型,开创了光辐射压对大尺寸物体作用的研究,引领了腔光力这个新领域。光在腔内多次往返,可以增强辐射压。Braginsky及同事认识到辐射压可以改变机械自由度的动力学,有效地增加光辐射压对镜子的阻尼运动。这个过程被称为动态反作用,可以冷却或者放大机械运动,类比于激光冷却。基于腔光力的平台,可以研究将光力系统冷却到量子基态、宏观物体的量子态操控、精密磁场、质量传感、光信息存储、波长转换、引力波探测等。在经典信息或者量子信息领域研究当中,非互易器件都是重要的基础元件。非互易器件,是指能打破声波、光波或者微波等正向和反向传播对称性的器件。非互易器件可以避免干涉和保护光源,也能拓展通信技术的信息容量,比如激光器前的隔离器,环形器等。传统的光隔离器一般是基于磁光效应,需要外加磁场,一般尺寸较大,而且由于材料的损耗,这类器件的半导体集成很有挑战性。因此,通过其它方法实现芯片上非互易器件是非常有意义的。目前,通过多种方法可以实现对介质时间和空间上的有效调制,实现非互易性,比如声光调制、非线性效应、腔光力学等。在本篇论文里,紧紧围绕回音壁模式介质微腔这一腔光力体系,研究了用光子与声子的相互作用实现非互易性传输,甚至实现了多功能非互易器件的功能。论文的主要内容包括:1.回音壁模式微腔及腔光力相互作用首先介绍了回音壁模式微腔的理论基础,包括微腔所支持的光学模式和机械模式、耦合输入输出关系以及腔光力相互作用。对于腔光力体系,高品质因子的光学模式和机械模式,对增强光力相互作用是很重要的。我们提出用BIC的机理,设计微腔与连接杆的尺寸,把(1,2,1)机械模式变成束缚态,从理论上消除了连接损耗,提高了机械Q值,指导实验中制备高品质因子的微腔。同时,介绍了微球腔、耦合波导光纤锥的制备、回音壁模式微腔内光学模式、机械模式的测量表征以及利用光力瞬态测量技术。这些都是我们后面研究腔光力体系里非互易性的基础。2.多功能的非互易器件(环形器和定向放大器)利用回音壁模式微腔内两个解简并的,具有完全相反动量的顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向的光学行波模式,在满足动量匹配的情况下,仅仅当驱动光和信号光耦合到同一个光学模式时,驱动光才能激发信号光子和声子的相干转换,因此实现了光的非互易特传输。在此基础上,我们实现了单向驱动光导致的光力诱导透明和放大的非互易现象,实现了多达40度的非互易相移,这是实现光隔离器、环形器的基础。该实验研究的非互易机理具有普适性,可推广到任何具有机械振动的行波模式系统,实现集成化的微腔芯片元器件,甚至实现单光子水平的光隔离器。3.光力体系构建合成磁场在高品质因子微腔内,背散会引起正向(CW)和反向(CCW)的光学模式耦合,因此行波导致的非互易效果会被减弱。针对这个问题,我们在CW,CCW光学模式和机械模式相互作用的体系里,利用相位关联的CW,CCW的控制光产生合成磁场流,驱动腔光力系统实现光的非互易传输,并且通过观测腔模的光子传输谱,我们实验上观测到了非互易的效果。4.可调谐的拉曼激光器研究了微腔内基于热效应的拉曼增益动态演化过程,同时实现了微腔里连续拉曼激光的大范围调谐,调谐范围高达132GHz,分辨率为85MHz。此外,在微瓶腔里研究了光学模式和机械模式的频率调谐,光学模式的调谐范围达到一个自由光谱程,机械模式的调谐范围达到1MHz以上,有望增大腔光力非互易器件的工作范围。