自20世纪80年代以来,光学微腔中的回音壁模式一直是微纳光学领域中的一个研究热点,其独特的光谱特性,使回音壁模式的光学微腔在物理学和工程学的许多领域中得到应用。目前,对回音壁模式的光学微腔的研究主要集中在由其制备的光学器件的性能的改进与功能的探索上。它们的性能主要取决于光学微腔内光场能量的确切分布,由纳米级器件的几何形状限制和成形,而满足这些性能的关键是实现具有高品质因子的腔体。本文为探索光学微腔中的回音壁模式用于传感、量子隧穿等实验的研究,对微腔的回音壁模式特征进行近一步的实验与分析。本论文针对回音壁模式光学微腔存在的内部损耗导致Q值下降的问题,结合片上硅基器件制备技术,改进并实现了基于片上圆形微腔的高灵敏度传感器件。通过优化制备工艺、增加微腔尺寸等方法减少微腔内部损耗,实现了光学微腔的高灵敏度的温度传感应用,其灵敏度可达到0.1 nm/℃,这为低成本的传感器件和集成光子芯片提供了重要的实验和理论支持。除此之外,本文又探索了变形微腔在量子隧穿上的研究应用,设计了一种新型的变形腔结构,来实现同时观测混沌态到稳定态的以及稳定态到混沌态的两个隧穿过程。通过仿真建模计算以及光学实验测量结果的综合分析,在仿真和实验上均验证了变形腔中的稳定态与混沌态的相互隧穿过程,从而为微腔内量子隧穿效应的研究提供了实验依据和新的基础平台。