【摘 要】
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回音壁模式（WGM）的光学微腔具有极高的品质因数和极小的模式体积,在激光器、高灵敏度传感器、窄线宽滤波器等光电器件应用方面都十分具有应用潜力,且随着光电器件朝着小型轻便化发展,基于回音壁模式微腔的光电器件因其能同时保证性能和小体积的要求受到了广泛关注。本文首先介绍了回音壁模式微腔的理论分析及应用发展,其次提出了回音壁模式微球腔的两种实验室制备方法、两种品质因数Q测量方法:常用的可调谐激光器波长扫描
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回音壁模式（WGM）的光学微腔具有极高的品质因数和极小的模式体积,在激光器、高灵敏度传感器、窄线宽滤波器等光电器件应用方面都十分具有应用潜力,且随着光电器件朝着小型轻便化发展,基于回音壁模式微腔的光电器件因其能同时保证性能和小体积的要求受到了广泛关注。本文首先介绍了回音壁模式微腔的理论分析及应用发展,其次提出了回音壁模式微球腔的两种实验室制备方法、两种品质因数Q测量方法:常用的可调谐激光器波长扫描时域透射谱分析法和具有超高分辨率的基于单边带调制的光矢量分析法,得出实验室使用的直径在200μm到400μm的微球品质因子Q为10~7量级;还利用时域有限差分软件对不同条件下微球腔与锥形光纤的耦合效果进行了仿真分析。主要提出了两种实验系统:1、基于WGM微腔的单模窄线宽激光器。在光纤环形掺铒激光器中加入高Q值二氧化硅微球作为窄带选模元件,得到了泵浦阈值为24.8m W的单模激光输出,输出功率与泵浦功率满足斜率效率4.72%的线性变化,且中心波长变化在1nm范围内,保持单纵模输出状态下,最大输出功率达到1.69m W。并对其稳定性进行了测量,结果表明该单模激光具有较好的稳定性。采用了延时自外差法对其线宽进行测量,并引入Voigt线型对延时自外差测量方法的结果进行拟合优化,得到更为准确的线宽,为910Hz。2、基于WGM微腔的非线性偏振旋转（NPR）单频调Q激光器。首先搭建了NPR掺铒光纤激光器,得到了稳定的3d B带宽为7.18nm、脉宽为0.7ps的锁模激光输出;然后将微球腔与锥形光纤耦合引入该系统,在44.16m W泵浦功率下得到了平均输出功率为0.219m W、单脉冲能量为104n J的单频调Q激光脉冲输出,其线宽仅为k Hz量级;调Q激光阈值为41.52m W,可在泵浦功率变化的14m W范围内实现脉冲重复频率0.71k Hz到3.26k Hz可调,且平均输出功率与泵浦功率满足斜率效率为3.01%的线性变化;此外,还通过改变泵浦功率观察到了调Q锁模现象。根据NPR效应的特点,在不改变泵浦功率的条件下,仅改变偏振方向,得到了不同重复频率的单频调Q激光,可用于实现调Q激光重复频率的微调。
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