研发低功耗、微型化的电流传感器有利于实现电流状态的智能监测，在风力发电、智能电网以及电动汽车等领域有着潜在应用前景。提出一种基于回音壁模式微管腔的非接触式电流传感器。首先通过电弧放电法在薄壁石英管中制备了回音壁模式微管腔，模式谱稳定激发且规则，品质因子Q值达到3.45×10⁷。其次，在微管腔中填充Fe₃O₄纳米粒子磁流体并插入Cu丝，构建非接触式电流检测环境，当通入的电流强度发生改变时，与Fe₃O₄纳米粒子的相互作用引起微管腔的磁热效应，进而影响微管腔的折射率与体积。实验结果表明：测试电流从0增加到30 mA时，微管腔的谐振波长漂移了0.0973 nm，谐振波长的相对漂移量与电流的平方成线性关系，灵敏度达到10.811 nm/A²，探测极限达到2.936×10^-9 A²/nm。所设计的电流传感器具有结构简单、灵敏度高、探测极限低、体积小、不受电磁干扰影响等优势，为微腔在非接触式电流检测中的应用提供了新路径。

受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应等非线性光学效应一直以来得到广泛研究。回音壁模式光学微腔具有超高品质因子和极小模式体积，日益成为了非线性光学相关研究的重要平台之一。使用超精密加工技术制备了氟化钙晶体微腔，品质因子Q值达3.6×10⁸。搭建了基于光学微腔的非线性光学的实验平台，在连续波泵浦的条件下激发了氟化钙晶体微腔中的受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应。实验中记录了级联布里渊、布里渊耦合四波混频、拉曼辅助克尔、超宽拉曼光频梳等丰富的非线性光学散射效应。结果表明超精密加工得到的氟化钙晶体微腔在非线性光学中有着优异的表现，是研究非线性光学的理想平台。

为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL^-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。

针对超高品质因子Q值光学微腔实验系统的光谱数据采集难题，设计了一款针对光学微腔的光谱信号采集系统。对光谱信号采集系统进行了基本功能验证，证明了系统的稳定性和实用性；分别测试了基于电弧放电法制备的光纤微球腔与基于超精密抛光法制备的氧化硅晶体微盘腔。采集了光纤微球腔和氧化硅晶体微盘腔的透射谱，并对其模式谱线进行追踪。结果表明：光纤微球腔的Q值达到2.26×10⁶，氧化硅晶体微盘腔的Q值达到10⁹；采集系统具有很好的消噪功能，模式谱线能长时间保持稳定。针对超高Q值光学微腔开发的光谱信号采集系统具有很高的可靠性，可用于微腔光子学系统以及后续微腔传感应用开发。

回音壁模式光学微腔凭借其超高的品质因数和极小的模式体积在微型激光器、光学滤波器、非线性转换器和光学传感器等光子学器件中扮演着重要的角色。然而，这类微腔光学系统的谐振特性受外界环境的影响非常大，需要消除外界环境对微腔器件的干扰才能进入外场应用。研究了回音壁模式光学微腔的间接封装技术，封装型微球腔器件的Q值达到5.1×10⁷。研究了封装型微腔器件的稳定性，分析了谐振模式透过率、谐振点偏移和半峰全宽的艾伦方差。结果显示，设计的封装型微球腔器件有着很强的稳定性，并且具有强鲁棒性、便携性、隔离性、集成性等诸多优势，推动了微腔器件的实用化。

激光器受到诸如热波动和机械振动等低频因素扰动时会发生激光波长漂移和光强波动,进而会影响系统的测量精度。使用波长为2.73 μm的分布式反馈(DFB)激光器作为探测光源,搭建一套基于中空波导光纤的CO₂气体传感系统,该系统采用CO₂的三次谐波吸收信号(3f)来实现激光器的稳频,再利用谐波信号来反演CO₂的浓度。实验中对标准CO₂气体进行长时间测量,分别利用二次谐波(2f)、稳频条件下的二次谐波(2f-lock)、二次谐波比一次谐波(2f/1f)、稳频条件下二次谐波比一次谐波(2f/1f-lock)4种测量方法对系统进行分析。2f-lock条件下得到的系统测量精度为0.001255,比2f条件下的提高了2.4倍;2f/1f-lock条件下得到的系统测量精度为0.00138,比2f/1f条件下的提高了2.34倍。2f/1f-lock方法得到的系统稳定时间最长,为210 s,探测极限最低,为4.24×10 ^-5。综合分析,2f/1f-lock是4种方法中最优的。在2f/1f-lock条件下,对测得的数据进行Kalman滤波,得到滤波后系统的测量精度为0.0002786,相较于未滤波前提高了4.95倍。

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密加工系统来制备这种微腔,所制得的微腔形状为回转椭球体,微腔结构边缘表面粗糙度低至1.97 nm。使用光纤锥波导与氟化钙微腔实现了高效耦合,此耦合系统展现了高达~10 ⁸的超高品质因子Q值和低至约0.03 nm的自由光谱范围。这些结果证明了针对氟化钙微腔的加工手段具有重要意义,将大大促进其应用。氟化钙微腔的特性也证明了它在光学滤波器、腔量子动力学、非线性光学和陀螺仪等应用中的潜力。