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微球谐振腔中的耳语回廊模(Whispering gallery mode)有着极小的模式体积和比其他已发现的微谐振腔都高的品质因子(Q=1010),这就意味着由其制成的微腔激光器泵浦光功率密度高,泵浦功率阈值小,所以近阶段对微球谐振腔激光器的研究成为一个热门课题。我们以微球谐振腔和稀土离子掺杂的玻璃增益介质这两个课题为出发点,对掺Nd3+稀土离子微球腔激光器进行研究和探索。为探究掺钕微球激光器的光学性质,首先通过几何光学和光的电磁波理论简述了微球腔的耳语回廊模(WGM)和双锥光纤倏逝波场的分布特征,对二者在理想条件下的场耦合进行了详细的理论推导,并通过物理模拟软件COMSOL Multiphysics对耦合系统进行了简化模拟。其次在微球腔的制备上,选用光学性质好、含量丰富、价格低廉的二氧化硅材料作为微球激光器的基质材料。通过电极放电熔融石英光纤,使其在表面张力的作用下自然成球的方法来制备光学微球。在掺杂方式上,采用了溶胶-凝胶工艺:将制备的微球多次粘涂含有Nd3+离子的凝胶,然后高温处理,这样粘涂到微球表面的胶体就形成一定厚度的Nd3+离子掺杂的二氧化硅功能膜——以此实现Nd3+掺杂二氧化硅微球。这种工艺成本低,操作简单方便,对于以二氧化硅为基本结构的微球,既满足按要求掺杂Nd3+浓度掺杂目标,又不会引入其他杂质。实验上使用微球最佳耦合器——双锥光纤与掺Nd3+的二氧化硅微球相结合,使用808nm激光作泵浦源,实现了在1060-1100nm波段的单纵模、多纵模的激光振荡输出,并对下转换激光与泵浦激光功率之间关系、多纵模激光输出的模式性质进行研究分析。这比976nm激光泵浦Yb3+掺杂的基质实现同一波段激光输出相比其输出频率间隔更大,在实际应用中更容易实现产生激光与泵浦激光的滤波分离。另外,我们也进行了 808nm激光泵浦掺Nd3+磷硅酸盐微球的实验,实现了在1060-1 1O0nm波段的激光输出。在二氧化硅微球中,当808nm泵浦激光功率增加时,产生的1080nm波长附近的受激辐射激光功率也增加,由于二氧化硅是拉曼活性介质,我们在掺Nd3+二氧化硅微球中观察到了由1808nm激光激发产生且符合二氧化硅拉曼频移的1143nm波长的拉曼激光——称为自激发拉曼激光。对其产生机理进行了分析。在掺杂钕离子的二氧化硅微球中我们既观察到了由808nm激光泵浦产生的基于钕离子能级跃迁的下转换激光,又观察到了基于光学非线性效应的拉曼激光,由此我们可以看出掺Nd3+二氧化硅微球腔的优势。