氧化硅材料由于光学吸收系数较低且易于加工，是制备超高品质因子(Quality factor，Q)微腔的理想材料。氧化硅回音壁模式光学微腔具有超高Q值和小模式体积，在高灵敏度传感、微型激光器、非线性光学、腔光力学和腔量子电动力学等领域有广阔的应用前景。然而，氧化硅微腔在应用上也存在一些挑战：在掺铒氧化硅微腔方面，如何进一步提升其Q值；在氧化硅微腔的调控性能方面，如何在保持其超高Q值的同时实现高效调控。
　　本文研究了功能化的氧化硅回音壁模式微腔，实现了高效的全光调控，拓展了其在微型激光器、非线性光学等领域的应用。研究内容主要包括：超高Q氧化硅微瓶腔的全光调控及其中可控的电磁诱导透明效应；基于超高Q掺铒微瓶腔的可调谐微型激光器；基于功能化微瓶腔的低阈值、可调谐布里渊和拉曼微型激光器；混合微球腔中可控的光学频率梳；基于光流环形谐振腔的偏振分束器和磁场传感应用。论文具体研究内容如下：
　　(1)基于四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒非常强的光热效应，实现了超高Q氧化硅微瓶腔的全光调控。由于回音壁模式远离Fe3O4纳米颗粒分布区域，在调控过程中微腔可以保持超高Q值，该结构实现了85.9GHz(0.68 nm)的调谐范围。通过进一步优化微腔结构，使之带有球形末端，可以将更多纳米颗粒包覆在微瓶末端区域。该器件结构简单且稳定，实现了282.32GHz(2.25 nm)的调谐范围。基于耦合的可调谐混合微瓶腔实现了可控的电磁诱导透明效应，获得了2.3MHz的诱导透明窗口，电磁诱导透明线型整体位移了71.52GHz。
　　(2)提出了一种新型铒离子掺杂工艺，避免了微腔表面产生裂纹和缺陷，获得了超高Q掺铒微瓶腔。通过改进Fe3O4纳米颗粒包覆工艺，使纳米颗粒包覆区域更加可控。该制备工艺简单且重复率高，掺铒微瓶腔Q值高达5.2×107，明显优于传统的溶胶-凝胶法实现的Q值。由于Q值超高，基于非谐振泵浦，该器件实现了1.65mW的激光阈值。由于其调谐性能优异，激光波长调谐范围高达4.4nm。此外，基于受激布里渊散射和受激拉曼散射，实现了低阈值的可调谐布里渊和拉曼微型激光器，激光波长调谐范围分别为2.68nm和2.32nm。
　　(3)基于功能化的氧化硅微球腔实现了可控的克尔与拉曼-克尔光频梳。Fe3O4纳米颗粒包覆区域与回音壁模式的模场区域没有交叠，因此不会影响回音壁模式的Q值和群速度色散，同时，控制光沿支撑光纤传输到微球末端区域能被纳米颗粒高效吸收。在直径248μm的微球腔中实现了0.42mW的超低阈值参量振荡，并实现了可控的克尔光频梳产生。然后以拉曼光作为辅助光，在直径139μm的微球腔中实现了光谱宽度为164nm的拉曼-克尔光频梳，所需泵浦功率仅为954μW，光频梳梳齿的调谐范围为2.67nm。
　　(4)基于光流环形谐振腔实现了偏振分束和磁场传感应用。基于光流环形谐振腔的双折射效应提出了一种光流可调的偏振分束器件，在直通端和下载端分别获得了38dB和20dB的消光比。此外，通过流体置换有效地调谐其谐振波长，实现了7.02nm的调谐范围。纳米磁流体具有良好的磁控折射率特性，通过将纳米磁流体填充进光流环形谐振腔的流体通道实现了磁场传感应用，其传感灵敏度可达到75.7pm/mT。