回音壁模式(WGM)光学微腔是一种具有超高品质因子和腔模模式体积极小的新型光学微腔,其具有极高功率密度的WGM可以显著地增强光与物质的相互作用。基于WGM微腔的光学频率梳(OFC)具有光谱范围广、相干性高、可集成化、低功耗等优点,使其在集成微波光子学、射频信号产生、微型光钟等方面有广泛的应用前景。本文以WGM微球腔耦合双锥光纤结构为载体,主要介绍两种产生微腔OFC的实验系统,并研究不同物理量对微腔OFC的影响。本文第二章先利用麦克斯韦方程组求解微球腔中的电磁场分布与频率特征方程,并介绍了表征WGM微腔的基本概念、微腔与锥光纤的耦合特性以及两者的实验制备、测试方法。第三章利用模式耦合理论结合实验结果描述了微腔中三阶非线性光学效应的基本原理;从理论上和实验上说明热效应对微腔谐振模式的影响;详细说明了不同的色散参数,根据不同材料的折射率进行微腔总色散仿真和零色散波长计算,并且介绍了两种用于描述微腔OFC形成的经典理论模型。第四章实现了可调谐单频激光通过双锥光纤耦合泵浦二氧化硅微球产生的OFC;分析了微腔中受激拉曼散射(SRS)与四波混频(FWM)以及不同模式族之间的竞争机理;讨论了获得纯净微腔OFC的方法;通过控制变量,对比实验结果与理论模型,定性分析了模式耦合、泵浦功率、泵浦波长、色散、频率失谐量等因素对OFC形成的影响;实验结果很好地验证了这些因素与泵浦-第一边带频率间隔的关系。第五章提出了一种新型的基于锥光纤微球/掺铒光纤环双腔结构的OFC生成系统。该系统将微球耦合双锥光纤结构嵌入到由掺铒光纤组成的环形光纤增益腔中;这种系统利用微腔的谐振选频、窄带反射和非线性参量振荡的功能,摆脱了微腔OFC对可调谐单频激光器的依赖,结合环形掺铒光纤的循环增益放大,实现了可调高重复频率宽带OFC的输出。首先详细说明了该系统的工作光路;通过信噪比、热光效应、功率转化效率和耦合情况这四个角度来分析该系统产生的单频激光特性;接着证明了不同泵浦功率、不同微球尺寸、不同耦合情况下的OFC,并分析了多模式族、可变频率间隔OFC的形成原因;根据该系统的特点提出了推广到2μm波段OFC产生的一种方案;最后说明了优化该双腔系统的转化效率、稳定性和可调节性的方法。该双腔系统产生的OFC具有成本低、结构紧凑等优点,有望应用于光纤通信系统中的多波长光源或者超短脉冲激光源。