石英球腔可实现极高的模式Q值、较小的模式体积,在低泵浦功率下易在腔内形成极高的光子数密,能够极大地增强了光与物质间的相互作用,因此在低阈值微激光器,非线性受激辐射,高灵敏度传感器等领域得到广泛的研究和应用。作为其应用之一的传感类型涵盖光学,物理和生物等领域。然而微腔的光学传感大多通过探测谐振的变化来进行光学表征,本文围绕高Q的石英球腔的受激布里渊散射,利用其功率易受外界光热影响等特点,对石英球腔的受激布里渊散射的热学调控进行深入的研究,主要研究内容概括如下:1、构建锥形光纤与石英球腔的电磁场耦合模方程及搭建耦合实验平台首先在柱坐标系下得到锥形光纤的电磁场本征方程,分析锥形光纤的模场分布,能流密度分布以及传播常数与锥形光纤各项物理参数的关系,通过有限元数值分析横截面分别为椭圆形,D形以及哑铃型的光纤锥能流密度分布,研究不同结构的锥形光纤光场泄露情况。其次从麦克斯韦方程组出发,推导得到微球腔电磁场本征方程,分析微球腔模式的基本特性,包括品质因子Q值,模式体积F,以及自由光谱范围FSR等。随后构建锥形光纤与WGM微腔的耦合模方程,分析欠耦合、恰耦合以及过耦合状态时的光学透过率。最后搭建耦合实验平台,得到直径680μm的微球腔欠耦合时的Qload为4.03X108,本征QO为6.86x108,自由光谱范围FSR为0.785nm。2、理论分析泵浦光与级联布里渊激光之间的关系制备的高Q微球腔具有丰富的谐振模式,不仅包含基模谐振,同时存在高阶横模,丰富的谐振模式为泵浦耦合和布里渊散射的谐振放大创造了良好的条件。当存在频率间距为布里渊散射频率的模式谐振时,可获得低阈值的布里渊激光器。在此基础上理论分析了各阶布里渊激光与泵浦光,锥腔耦合参数,布里渊增益等参数之间的关系。当输入光功率为25mW时,在适当参数条件下仿真泵浦光与1-5阶布里渊激光的功率,得到奇数阶的布里渊激光功率大于偶数阶的布里渊激光功率,优化了后向布里渊激光的输出。3、基于热耗散控制的WGM谐振调谐研究首先采用有限元分析法对二氧化硅微球腔进行热学分析。基于微球腔的模式光热吸收效应,在腔内假设存在与模式功率密度分布相同的热源,采用一热导控制谐振腔的热耗散,分析腔内温度与热导和谐振腔之间的距离,腔体尺寸等参数的关系。其次采用不同热导体,包括光纤小球,石英棒,金属,研究了不同热导对石英球腔的热耗散影响:(1)当热导的热耗散效应降低时,谐振腔内的温度升高,谐振红移;(2)金属导体具有相对较大的热耗散效应,可获得谐振漂移量最大,在直径约160μm的石英微球腔中获得8pm的谐振漂移;(3)谐振腔内的耦合功率与热导的热耗散效应近似成线性关系。4、基于石英球腔的SBS的热学传感研究对于尺寸相对较大的球腔,如腔体直径大于100X的谐振波长,谐振间距较小,受光谱仪分辨率的限制,难以对单个谐振模式的谐振漂移行为进行研究,因此提出通过石英球腔的布里渊激光来分析尺寸相对较大的球腔谐振漂移特性。其中采用的石英球腔直径约450μm,通过观测布里渊激光输出功率受腔体热耗散的变化,从而得到尺寸相对较大的石英球腔的谐振漂移。当热导的热耗散效应增强时,所耗散的热功率增加,同时腔体谐振在泵浦光的热锁定条件下不发生漂移,当单模布里渊激光处于主导地位时,布里渊激光的输出功率与热耗散功率成线性关系,布里渊激光功率随之增大,从而得到石英球腔的热耗散信息。