目前,稀土掺杂光学材料广泛应用在光纤通讯、彩色显示、荧光制冷、激光技术等领域,稀土材料发光研究成为国内外研究的热点。本文结合介质微球腔与双锥光纤的优点,采用微球腔-锥光纤系统研究Er³⁺/Tm³⁺掺杂碲酸盐玻璃微球腔的上转换发光特性。论文主要从以下几方面展开:首先,本文先论述了微球腔与双锥光纤的相关概念、光场分布特点、模式耦合特点、以及详细的制备方法。另外,还介绍了稀土离子掺杂材料光致上转换发光机制,以及影响上转换发光效率的因素。实验方面,采用高温熔融法制备Yb³⁺/Er³⁺共掺碲酸盐玻璃微球腔,用锥光纤耦合,在976nm激光泵浦下,仅3 mW泵浦功率下,肉眼观察到明亮的红绿光。光谱分析仪测量到522nm、544nm绿光和655nm的红光,对应Er³⁺离子能级跃迁²H_11/2→⁴I_15/2、⁴S_3/2→⁴I_15/2和⁴F_9/2→⁴I_15/2,并且验证了能级跃迁过程属于双光子吸收过程。接着,用976nm激光泵浦Yb³⁺/Tm³⁺掺杂碲酸盐微球腔,发现Tm³⁺离子通过三光子吸收过程,发生跃迁能级¹G₄→³H₆、¹G₄→³F₄分别产生477 nm的蓝光和650 nm的红光。另外,976nm激光泵浦Yb³⁺/Er³⁺/Tm³⁺三掺的碲酸盐玻璃微球腔,光谱分析仪测到上转换蓝、绿和红的荧光光谱,并且观察到明亮白光。上转换荧光在白光照明、背景光、三维显示等领域具有潜在应用价值。讨论了稀土离子上转换发光效率受掺杂稀土浓度、谐振增强、泵浦功率和环境温度等因素影响,本文进一步探索提高发光效率的方法。首先,研究不同Tm³⁺离子掺杂浓度对上转换发光效率的影响,发现了稀土浓度猝灭现象。在Yb³⁺/Tm³⁺掺杂碲酸盐玻璃微球腔中,Tm³⁺的最佳浓度为0.3 mo%,发光效率最高。另外,通过实验对比碲酸盐玻璃块状与微球腔结构的上转换发光效率,证明微球腔结构可以增强上转换发光效率,其增强效率大约为9倍。此外,在研究泵浦光功率和环境温度对发光效率影响过程中,发现温度与功率对微球腔产生了热光效应。最后,本文探索了不同材料微球腔的热光效应,通过分别改变泵浦光功率和环境温度,研究微球腔的回音壁模式（WGM）谐振谱的变化。通过对二氧化硅、无源碲酸盐玻璃、有源碲酸盐玻璃的热光效应研究,分别计算相应材料的热光系数和温度灵敏度。热光效应的研究不仅有助于提高微球腔的稳定性,而且在温度传感、滤波器等方面具有重要的应用价值。