石英微球腔是一种经典的回音壁模（Whispering Gallery Mode,WGM）谐振腔,与传统的法布里-珀罗谐振腔相比,可获得极高的品质因子Q、相对较小的模式体积V以及丰富的谐振模式,在低阈值微纳激光器,高灵敏度传感和非线性光学等领域得到广泛而深入的研究。本论文重点研究石英微球腔在光热非线性方面的相关特性,主要工作如下:1.基于有限元分析法研究石英微球腔的非线性热学行为我们利用Comsol多物理场分析软件建立石英微球腔的热学模型,首先分析了稳态情况下谐振腔温度T在谐振腔与热导的距离g、热耗散系数γ、自身尺寸D1和热导尺寸D2的影响下呈现的变化趋势,以及瞬态情况下谐振腔温度T与热响应时间t的关系。接下来我们基于石英微腔布里渊激光器,研究其自身几何结构对其导热性能和热功率的影响。2.基于石英微球腔研究其热学传感特性我们分别选取光纤小球和玻璃棒腔作为谐振腔,又选取光纤小球、玻璃棒腔以及金属探针作为热导,然后进行组合实验,观测谐振腔的谐振漂移情况。首先我们选取光纤小球作为热源,通过实验观测到上述三种热导分别使其实现了4.03pm,5.14pm,7.61pm的谐振漂移。对于尺寸相对较大的谐振腔,由于其模式密度大,谐振间距小,对稳定和精确度提出更高的要求,通过光谱仪或电学扫描方式一般难以实现对单个谐振模式漂移的测量,因此我们提出通过受激布里渊散射研究大尺寸微腔的热学特性,即通过受激布里渊散射来观测大尺寸谐振腔的谐振漂移,并分析了在耦合方式和耦合距离g等因素的影响下谐振腔热功率和布里渊激光的输出功率的变化趋势。最终,我们通过实验验证了有限元分析结果的可靠性。3.探究石英微球腔的对称性破缺效应我们基于石英微球腔研究其由克尔非线性效应引发的对称性破缺现象。首先我们推导了谐振腔在顺时针CW和逆时针CCW两个循环模式的耦合输出光功率。接下来我们搭建了耦合系统对称性破缺实验平台,从顺时针和逆时针两个方向观测石英微球腔在反向传输光之间的自发性对称破缺现象,并观测到了单模受激布里渊散射、级联受激布里渊散射以及由一阶布里渊激光泵浦产生的四波混频振荡等非线性现象的非互易光学输出。最后,我们还通过受激布里渊散射的非互易输出观测到对称性破缺效应的随机性。