近些年来,光学谐振腔,特别是光学微腔具有较高品质因子和较小模式体积等优点,在许多领域越来越成为一个比较重要的研究热点,包括基础研究和应用研究,如腔光-力学、腔-量子电动力学、非线性光学、生物传感及微型激光器等方面。其中,利用高品质因子的光学微腔可以制得低阈值、窄线宽的激光器。通过光纤锥烧制而成的微球腔,其Q值接近1010。加州理工学院的Vahala研究组使用光刻、HF刻蚀、XeF2干法刻蚀、CO2激光回流等过程制备出回音壁模式氧化硅微环芯腔。氧化硅表面经热熔化处理因表面张力作用形成非常光滑的圆环形,其Q值可达4X108。本论文详细研究了回音壁模式光学微腔的制备及其在激光器方面的应用研究。通过溶胶凝胶法制备稀土掺杂的氧化硅光学微腔可得到低阈值的微型激光器。本论文主要包括如下几方面内容:1.研究了溶胶凝胶法于硅片表面制备氧化硅薄膜的工艺。通过改良溶胶凝胶法中各溶液组分的配比、陈化干燥时间及高温退火方式等因素,我们制备出致密无裂纹的氧化硅薄膜,厚度可在200 nm～2μm之间不等。通过在溶胶凝胶法过程中掺入任意种类及浓度的稀土元素,可制得不同掺杂浓度的氧化硅薄膜。实验表明,同等制备工艺情况下,随着掺杂浓度的增加,制备的氧化硅薄膜会变薄。为了得到不同掺杂浓度且厚度一致的氧化硅薄膜,不同掺杂浓度薄膜的制备工艺会略有不同。2.简要论述了微光纤的拉制工艺。详细讨论了回音壁模式光学微腔的制备过程,包括光刻、HF湿法刻蚀、XeF2干法刻蚀、CO2激光回流等过程。我们通过溶胶凝胶法制备出厚度约1.3 μm的掺铒氧化硅薄膜,随后制备出掺铒氧化硅微盘腔及微环芯腔。通过控制XeF2气体各向同性刻蚀硅柱的时间和速率,将硅柱的直径控制在5μm以内,随后经CO2激光回流后,我们第一次制得硅片集成的掺铒氧化硅微球腔。通过1480 nm波段的可调激光器共振激发三种光学微腔,我们都观测到了铒离子的上转换绿光。同时测得了掺铒微环芯腔和微球腔激光器的激光光谱,其中微球腔激光器的阈值可低至976 nW。3.利用溶胶凝胶法制得掺钕氧化硅薄膜,随后制备出不同尺寸不同钕掺杂浓度的氧化硅微环芯腔。通过780 nm波段可调激光器泵浦微腔,我们分别在910 nm和1064 nm波段测得激光光谱,阈值分别为108.5 μW和1.6μW。当采用非共振激发掺钕微腔时,我们同样在1064 nm波段测得激光光谱,阈值约137 μW。4.在溶胶凝胶法配制溶液时,我们掺入硝酸铥和硝酸钬,分别制备了不同浓度比例的掺铥氧化硅薄膜和铥钬共掺氧化硅薄膜,厚度均约为1.35μm。随后利用集成工艺,分别制备出掺铥微环芯腔和铥钬共掺微环芯腔。采用1.6 μm波段的可调激光器泵浦,我们测得掺铥微腔激光靠近2 μm附近的激光光谱,最低阈值约2.8 μW。同时,我们也测得铥钦共掺激光器在2 μm以上的激光光谱,最低阈值约2.7 μW。另外,当改变泵浦波长时,我们观测到不同颜色的荧光图像。