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随着光通信、光学传感、军工和医疗等领域的发展,高性能光纤光源成为研究热点。窄线宽光纤激光器作为高性能光纤光源重要的研究方向,由于其具有线宽窄、波长灵活、设备小巧以及可实现高功率输出等特性,成为光纤传感、雷达和光纤通信等领域的重点研究对象,对光纤激光器的窄带选模技术提出了新的要求。回音壁模式光学微腔由于其高品质因数、小模式体积、低损耗和低成本等优点,成为一种理想的窄带滤波器。本文针对回音壁模式微球腔在窄带激光选模方面的性能展开相关研究,介绍了回音壁模式微腔的起源、发展、分类和应用。论文首先阐述了几种主要的微腔耦合方法和理论模型。接着,本文利用FDTD软件仿真分析了回音壁模式均匀介质微球腔与拉锥光纤的耦合过程。为改进回音壁模式微球腔的窄带选模能力,本文提出了两种新型的回音壁模式微球腔结构:其一,提出了一种均匀介质双微球级联结构,仿真结果表明,均匀介质双微球-拉锥光纤耦合系统较均匀介质单微球-拉锥光纤耦合系统降低了输出共振谱谐振峰的峰值透射率,提高了边模抑制比,压缩了谐振峰的线宽,从而提高了整个系统的窄带选模能力。其二,提出了一种双层介质结构回音壁模式微球,即在纯SiO2均匀介质微球表面镀高折射率介质膜层,仿真结果表明,当均匀介质微球表面镀层厚度为100 nm、折射率为2.4时,镀膜微球-拉锥光纤耦合系统较均匀介质微球-拉锥光纤耦合系统降低了输出共振谱谐振峰的峰值透射率,提高了边模抑制比,压缩了谐振峰的线宽,从而提高了系统的窄带选模性能;同时,该系统还提高了光场分布中的最大能量密度,降低了微腔的模式体积。此外,本文还对仿真所使用的镀膜微球的膜层厚度进行了优化,结果表明,当膜层厚度约为180 nm时,系统性能最佳,边模抑制比达到最大值,线宽得到进一步压缩,最大能量密度大幅提升,微球腔的模式体积更小。因此,本文提出的两种改进方法均对均匀介质微球的窄带选模性能有所提升,为实际应用提供了科学依据和理论指导。最后,本文设计并搭建了回音壁模式微球腔-拉锥光纤耦合实验系统,并通过实验得到了窄带回音壁模共振谱,自由光谱范围约为1.32 nm,线宽约为0.8 pm,Q值高达2.0×106。实验表明,回音壁模式微球腔应用于窄带选模和光学滤波领域具有可行性和高效性。