微球谐振腔中的耳语回廊模(Whispering gallery mode,WGM)有着模式体积特别小和品质因子特别高(Q=1010)的特点,使得由WGM作为泵浦光场时其功率密度极高(GW/cm2),损耗很小,产生微腔激光的光泵浦功率阈值很低。由于微腔激光器体积小,利于集成使得其在近年成为研究热点。中红外波段激光因在医疗、生物传感等领域有应用前景,本文研究2μm波段微球激光器。首先对微球腔光耳语回廊模进行描述,说明表征微球腔的几个物理参数:品质因子(Q值)、自由频谱范围(FSR)和精细度(F),分析了双锥光纤耦合器的光场分布及光学微球腔与双锥光纤的耦合,介绍通过熔融拉伸法制备双锥光纤耦合器的方法步骤和微球腔Q值的测量方法。其次介绍几种适合中红外激光的微球基质材料。详细描述了课题组制备掺杂微球的三种常用方法:沾烧法、溶胶一凝胶法和高温熔融法。本文采用工艺简单、制备周期短的溶胶凝胶法制备稀土掺杂二氧化硅微球。然后本文阐述了钬铥共掺二氧化硅微球激光器的实验方案和实验结果。用溶胶凝胶法在二氧化硅微球的外层制备钬铥共掺二氧化硅有源层,铥和钬离子的平均浓度分别为4wt.%和0.4wt.%,钬铥共掺二氧化硅微球的Q值为8.06×105。用双锥光纤作为与掺杂稀土的二氧化硅微球的高效耦合器,在808 nm连续光泵浦下,实现了单纵模和多纵模激光振荡输出。钬铥共掺二氧化硅微球激光(2010.67nm)的阈值为3.1mW,斜率效率为0.022%。单模激光的出射功率为7.50μW,边摸抑制比为14.83 dB,半高宽为0.29 nm。结果表明,激光振荡产生单模和多模输出与锥光纤微球间的耦合条件关系密切,不同的耦合位置会产生单模或多模激光;泵浦功率增强会激发更多的模式激光,多模激光光谱受微球形貌特征调制。分析了产生2μm波段激光钬铥离子电子能级跃迁机理。最后对单掺铥微球产生2μm波段激光进行研究。对掺铥微球激光器进行理论分析,得出阈值公式和斜率效率公式。实验上,采用相同的溶胶凝胶法制备了掺铥微球。分别用808nm与1550nm激光泵浦掺铥二氧化硅微球都实现了2μm波段的激光,分别分析了其电子能级跃迁机理。用1550nm宽带光源测了微球在1550nm附近的谐振谱,并将可调谐激光器波长调至各个谐振峰位置都能产生2μm激光。发现从短波往谐振波长调谐靠近,随着泵浦波长逐渐接近谐振波长,纵模数逐渐减少,余下有些纵模强度逐渐增强,最后剩下单纵模激光。探究了不同掺铥浓度对产生激光的影响,当掺铥微球的掺杂浓度达到或超40 wt.%时,由于浓度淬灭效应而不产生激光。用1550nm宽带光源泵浦掺铥二氧化硅微球也得到了2μm 多模激光。