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光学微腔是指至少有一个方向上尺度在光波长量级的光学谐振腔,它利用在折射率不连续的界面上的反射、全反射、散射或者衍射等效应,将光限制在一个很小的区域。由于腔体积的减小,腔内通常只能支持一个或者几个光学模式的谐振,因而置于腔内的增益介质的自发辐射会受到影响从而得到激光出射。光学微腔在微型激光器、传感器、光通信器件等领域具有重要的应用价值,对光学微腔的研究也已成为现代激光和光电子学领域的一个重要课题。在各种谐振腔中,回音壁模式(Whispering gallery mode,WGM)微腔由于高的品质因子和较小的模式体积近年来得到了广泛的研究。 光流体已成为近几年研究的热点。流体具有流动性和光滑的光学界面,而且流体的可控性使得可以很容易的改变工作物质以适应不同的需要。结合这两方面的优点,本文对基于WGM微腔的光流体染料激光器进行了理论和实验探索。 具体工作如下: 1、基于毛细管的激光微腔设计与激光行为调制现象。提出了基于石英毛细管的激光微腔的构建方法,通过毛细效应,将罗丹明6G喹啉溶液充满毛细管。中心石英光纤被用来调制光泵浦毛细管微腔内的激光行为。当中心光纤不存在时,激光来自于界面处的回音壁模式共振,同时激光模式出现了明显的干涉调制现象。当插入中心光纤,回音壁模式被抑制,出现了波导模式共振。我们从理论和实验两方面研究了这两种微腔的激光特性和共振机制,光场分布仿真结果也证实了毛细管微腔中回音壁模式共振向波导模式共振的转变过程。 2、基于倏逝波耦合增益的柱形染料激光器。将石英光纤插入到低折射率的激光染料溶液中,激光增益通过柱形微腔表面的倏逝场耦合到微腔内,构成了一种倏逝波耦合增益的回音壁模式激光器。在侧向光泵浦方式下,在光纤周围得到了回音壁模式的激光输出,并系统研究了其激光特性。 3、有机聚合物微环回音壁模激光器。通过提拉法制备了聚合物微环腔。光谱分析证明实验观测到的多模式的激光辐射来源于聚合物层内的回音壁模共振。