回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM)光学微腔具有很高的品质因子和较小的模式体积,能极大地增强腔内光场与物质相互作用,因此对外部环境的变化极其敏感,已经成为超高灵敏光学传感的优异平台。利用回音壁模式光学微腔可实现对生物化学分子无标记、低极限检测,具有非常广阔的应用前景。本论文利用荧光掺杂的微球腔,围绕WGM光学微腔高灵敏生物传感检测展开研究,主要工作有:(1)依据实验要求设计并搭建了一套光学系统,同时实现了对Dragon Green(DG)荧光染料掺杂的WGM光学微球腔的激发、信号传输和收集以及微腔显微成像。利用这一套系统以及DG微球腔作为生物传感器实现了水环境中钙离子浓度的检测,证明了所建光路的可行性。DG微球被细胞内吞后,根据DG微球在不同细胞环境中的WGM发射峰位置差异,实现了细胞类型的鉴别。(2)提出了一种荧光共振能量转移(Fluorescence Resonant Energy Transfer,FRET)来增强WGM微腔传感的方法。系统中微腔内的DG分子和微腔外的罗丹明6G(R6G)分子通过FRET方式传递能量,在473nm激光激发下,同时实现DG和R6G分子的激光辐射。实验发现DG和R6G的激光辐射中心峰值依赖于R6G的浓度,通过绘制频移-标准浓度曲线,计算出最低检测浓度为4.04n M。这一检测限比没有FRET存在时降低了接近四个数量级。将FRET-WGM系统移至胞内,发现DG和R6G的激光发射波长同样依赖于R6G的浓度。通过测量细胞内两组峰峰距,根据细胞外两峰间距拟合公式,计算出细胞内R6G分子浓度。(3)利用一种绿色荧光微球(Firefly Green,FG)制备出了同种微球阵列,在光学系统中可以激发出WGM激光,根据FG谐振峰的自由光谱范围求出WGM谐振腔为多边形结构。在此基础上对由FG微球和尼罗红(Nile Red,NR)微球混合阵列的激发模式进行了探究。染料FG分子和NR分子的特殊光谱特性使其成为一对良好的FRET对,制备成规则微球阵列后,在473nm激光激发下同时实现了FG和NR的激光输出。本论文所研究的WGM光学微腔以及FRET-WGM系统对于单细胞内环境的实时检测和细胞激光器的发展具有重要意义。