回音壁模式(WGM)微腔受益于其超高的品质(Q)因子和超小模式体积(V),可以显著增强光与物质之间的相互作用。这一特点使其在基础物理研究和实际应用中都非常重要。近年来,回音壁模式微腔已经在非线性光学、光学传感、光腔力学和腔量子电动力学等领域得到广泛应用与发展。因其光增强特性非常适合非线性光学的研究,因此开辟了一条在低泵浦光功率下研究非线性特性的新路径。基于回音壁模式微腔的非线性研究热点包括一些基本非线性效应如普克尔(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应,此外还有谐波产生、四波混频效应和受激光学散射等。此外,还能通过级联非线性效应产生更为多样和复杂的非线性过程。铌酸锂晶体是最优秀的非线性光学材料之一,它具有二阶非线性系数大、透明窗宽和折射率相对高的特点。铌酸锂薄膜技术的发展更是使其在集成光学领域有了非常大的潜力。近年来,基于铌酸锂薄膜(LNOI)的研究已经成为一个新热点,核心的刻蚀工艺趋于成熟。基于LNOI集成WGM微腔的基本非线性过程研究例如二次谐波、和频和参量下转换已经被报道。在采用级联多次非线性和电光调制后,可以实现三次谐波、四波混频和克尔光频梳等。虽然干法刻蚀工艺已经被有所突破,但是各类工艺都有其特点和适用范围。本文章基于铌酸锂薄膜工艺展开工作,研究了包括聚焦离子束(FIB)刻蚀和反应离子刻蚀(RIE)等工艺。聚焦离子束刻蚀方法优点在于可以图案化直写,通过聚焦离子束刻蚀我们得到了较高品质因子(10~5)的铌酸锂微盘。大面积制备光子器件则需要使用电子束曝光制备掩模,再用反应离子刻蚀进行整体刻蚀。我们用反应离子刻蚀制备了光栅、波导和微环。在制备的铌酸锂微盘中,我们在实验上得到了高效二次谐波、级联三次谐波和级联四波混频效应。在通讯波段,仅用几毫瓦的泵浦功率就可以得到可见光范围内高效的二次谐波。在增加泵浦功率后我们通过级联非线性过程实现了三次谐波。当使用双泵浦源时,通过二次谐波和差频效应的级联过程,实现了等效的四波混频效应。级联过程有效地弥补了三阶非线性系数小的不足。等效的四波混频效应还可以用在光参量放大中。通过这些非线性过程,更为深刻地验证了腔内相位匹配条件和模式耦合问题。我们的研究大大丰富了集成铌酸锂芯片上的频率转换的方式。除此之外,我们还制备了双盘铌酸锂微盘,这种微盘可以激发外部回音壁模式。这种波导槽模式的模式能量主要限制在微盘之外,可以实现与周围环境的大模式面积重叠以及表面上强大的电场和光场梯度力。我们制备的外部回音壁模式具有超过10~5的高品质因子,且没有金属损耗。我们相信,这种结构的铌酸锂双盘腔有望在光学传感、表面光学非线性和光腔力学等各种应用中受到高度青睐。