【摘 要】
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微球型和微盘型的光学回廊模谐振腔具有结构简单、品质因数（Q-factor）高、模式体积小、易于与现有的光纤及波导器件集成等优点,在低阈值激光器、非线性光学、高灵敏度传感器和窄带滤波器等领域有着广泛的运用。本课题选用了多种组分的红外玻璃材料（包括硫系玻璃以及碲酸盐玻璃）作为基质材料,采用了不同的工艺技术,制备出了多种工作于近红外波段的球型和盘型回廊模谐振腔。通过与微纳光纤锥进行光学耦合实验,验证了当
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微球型和微盘型的光学回廊模谐振腔具有结构简单、品质因数（Q-factor）高、模式体积小、易于与现有的光纤及波导器件集成等优点,在低阈值激光器、非线性光学、高灵敏度传感器和窄带滤波器等领域有着广泛的运用。本课题选用了多种组分的红外玻璃材料（包括硫系玻璃以及碲酸盐玻璃）作为基质材料,采用了不同的工艺技术,制备出了多种工作于近红外波段的球型和盘型回廊模谐振腔。通过与微纳光纤锥进行光学耦合实验,验证了当泵浦功率超出特定阈值时,可在上述回廊模谐振腔中激发出多个位于近红外波段的激光模式。主要的工作内容如下:（1）选用了Ge-Ga-Sb-S（2S2G）这一红外透过性好、组分环保、软化温度低、反复加热/冷却过程中不易析晶的硫系玻璃材料作为制备微球谐振腔的基质材料。在基质材料中加入Tm3+-Ho3+离子作为有源掺杂物质,采用熔融淬冷法制备了玻璃样品,测试了它的荧光特性。再将基质玻璃研磨成粉末状,通过高温粉末漂浮熔融法对基质材料粉末进行加热处理,批量制备了表面光滑、球形度好并且直径分布在50～250μm的微球谐振腔。谐振腔的典型品质因子约为105。挑选出一颗直径为205.82μm的微球作为实验对象,与直径为1.7μm的微纳光纤锥泵浦耦合实验。考虑到掺入的稀土离子的荧光发光特性,选用了808 nm半导体激光器作为泵浦光源。当泵浦功率较低时,可从微球/光纤锥耦合装置的输出端观察到1.7-2.1μm波段的荧光回廊模式。当抽运功率达到0.848 m W时,在2080.54 nm波段附近可以观测到明显的激光模式。随着抽运功率的提升,激光的峰值功率也会随之提升。若将抽运功率提升至2.571 m W时可以发现第二个激光峰,表明微球工作于多模模式。（2）考虑到硫系玻璃无法在空气中加热,选用了热学性质稳定、软化温度较低的碲酸盐玻璃作为制备微盘谐振腔的基质材料。通过高温熔融法制备了Nd3+和Tm3+离子掺杂的碲酸盐玻璃,并将其研磨成粉末状。再使用高温粉末漂浮熔融法制备出碲酸盐玻璃微球。使用自主设计的热压法对微球腔进行加热加压处理,制备出了高品质的微盘谐振腔。目前实验室制备出的微盘谐振腔的盘身厚度最小约为8μm,盘面的直径在100-400μm之间,典型品质因子约为105之后,挑选了一颗直径为105.74μm、厚度为10.4μm的Nd3+掺杂碲酸盐玻璃微盘为实验对象,将其与自制的石英光纤锥进行泵浦耦合实验。同样选择808 nm的半导体激光器为泵浦光源。当泵浦激光器的功率低于1.364 m W的时候,光谱仪上可观察到明显的周期分立的荧光回廊模式。当泵浦功率超过1.364 m W时,1061.72 nm波段附近出现了明显的激光模式。之后,采用相同工艺制备了Tm3+掺杂微盘,直径为104.36μm,厚度为15.86μm。耦合测试实验中同样采用808 nm半导体激光器作抽运光源,当抽运光功率达到1.306 m W后,1.9μm附近的一处回廊模谐振峰开始转变成激光峰。
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