本论文主要围绕“光学回音壁微腔模式特性的理论研究与优化设计”这个主题展开理论和应用研究工作，主要讨论了WGM（回音壁模）微腔的光场方向性发射、多模抑制与选择，阶梯状FDTD 模拟中高Q 值圆腔的不稳定现象和解释，微腔散射损耗估计，及圆腔与多层圆腔的本征场折射—反射模型及其对于散射、谐振问题求解和干涉调制现象解释等方面的问题。　　 我们的具体工作如下：　　 ◆微花朵腔内模式抑制、选择与光场方向性发射和Q值稳定性分析微花朵腔像微齿轮腔一样其周边的Bragg 光栅可以有效分裂角向模次为栅频率一半的二重简并的WGM，并提高其中一个模式的Q值而抑制另一个竞争模式，另一方面，Bragg 光栅还可抑制角向模次与栅频率不满足一半关系的其它模式。微花朵腔边界的局部变形（包括其栅“瓣”的拉长和压缩和栅“谷”加深和变浅。）可导致模式Q 值的破坏并引发光场的方向性发射，合理控制变形参数，可实现微花朵腔的光场的单方向性发射。　　 ◆直角FDTD方法在微腔模拟中的人工散射损耗研究与改进研究基于直角网格的阶梯状近似在大量的FDTD（时域有限差分）算法中有应用。由阶梯状边界近似所引入的人为边界粗糙性导致了FDTD微腔模拟、分析的精度不足，并存在不稳定现象，特别是高Q 值计算。基于考虑腔存在对微扰极化电流散射场的影响的类体积电流方法（类VCM）可很好的解释FDTD圆腔模拟Q 值的偏低和不稳定现象。类VCM 方法不陷于对于FDTD 散射损耗的计算，它可应用于腔在各种参数扰动下所导致的散射损耗计算，它严格考虑到了腔存在对微扰极化电流的辐射过程的影响，因而比一般的VCM 方法更精确。　　 阶梯状边界近似所固有的人工散射损耗限制了其在高Q 值计算方面的应用，我们希望其它改进的算法可凑效，而基于直角网格的有效介电常数方法（如V-EP、CP-EP 等）一方面不明显增加原算法的复杂性，另一方面可显著提高计算精度，不过它们对于极高Q 值的计算依然显得有些不足，简单而有效的可模拟极高Q 值微腔的FDTD算法依然有吸引力.　　 ◆圆腔WGM 自洽场描述和多层圆腔中的干涉调制现象本征场折射—反射模型提供给我们一种以直观方式求解圆腔或多层圆腔散射与谐振问题的简单方法。基于本征场的自再现（自洽）图像，我们可简单而直观地求解圆腔或多层圆腔WGM 问题，并且对于圆腔，基于本征场的波场—射线对应关系，这一过程更加形象。同时基于本征场折射—反射模型，我们可以实现对圆腔或多层圆腔散射问题简单地求解。由本征场折射—反射模型所给出的本征波数方程也更加适合研究WGM的模谱特性。　　 多层圆腔中干涉调制现象也可基于分析由本征场折射—反射模型给出本征波数方程发现并解释。在理解层面，干涉调制可基于多层圆腔内、外各腔WGM的耦合去认识。总腔WGM的谱为未耦合各腔未WGM 谱与耦合WGM谱的交替排列形成。考虑带有包覆层的两层圆腔，耦合WGM 为内圆腔WGM和外环腔WGM发生共振时导致二者间的较强的相互作用而形成，参与作用的WGM 因为耦合形成对称及反对称WGM。最内层圆腔WGM 因为与外部腔WGM的耦合可单独出现调制现象，在匹配条件不满足的情况下，内层圆腔WGM的场分布集中在内部圆腔中，因而损耗较小，在匹配条件下，耦合WGM场分布在外部腔内有较大比例，因而损耗较大，基于此，如果用内层圆腔的WGM 做工作模式，干涉调制将提供给我们了另外一种模式选择方式。