该论文将微球与锥形光纤作为一个有机的整体形成一个耦合系统,构成了集成光学中一个全新的基本结构单元作为研究对象.对锥形光纤作为有效激发微球高品质因数回廊模的泵浦方式具有的潜在优势进行了评述,并利用量子电动力学理论计分析了策腔的回廊模特、光纤地模特性、光纤波导模特性及有关的耦合模理论.首次提出了静态净耦合效率的概念,以描述具有固有损耗的微球与锥形光纤耦合系统有效率的概念,以描述具有固有损耗的微量透过能力的功率耦合系数的本质区别,并推导出它们依赖于系统的几何参数的解析表达式.利用这些表达式,给出实现最佳耦合的解析条件,并进行了分析讨论.首次提出了次增益介质引入微球,以使耦合系统的关键指标:Q值提高几个数量级, 并发现了耦合系统的新的特性和应用.对于增益系数可视为常数的情况,论文中揭示了增益系数与固有损耗系数的大小关系对耦合系统输出特性有质的影响.特别地,发现增益系数大于固有损耗系数时,存在强烈的功率放大现象,这使耦合系统有可能成为新的光学放大器.同时,对系统进行修改,发现其对位于球赤道表面上的有吸收的分子样品异常敏感,并利用推导出的敏感因子的解析表达式,探讨了其作为单分子传感的可能性.通过研究耦合系统中微球的非线性Kerr效应对其输出特性的影响,发现了本耦合系统在较低入射功率下即可产生双稳态和差分放大现象,并首次推导出产生这些非线性现象的临界解析条件以及实际双稳态器件的基本指标参数的解析表达式,利用这些表达式分析了各参数对双稳态和差分放大运行的控制作用,为该系统用作光子计算机、高速全光学处理系统中的光学存储器、逻辑门、全光开关等光集成器件提供了理论依据.