现有的微球谐振腔大多利用微纳光纤锥的倏逝波场为微球提供泵浦能量，这是因为其具有较高的模式耦合效率，但在实际应用中这种耦合方法欠缺一定的灵活性，且需要配备精密的耦合装置。本文探究了使用未拉锥的截断光纤从不接触微球的自由空间直接向微球导入泵浦光的可行性。在典型的Nd3+掺杂碲酸盐玻璃微球/光纤锥耦合系统的基础上，用一根连接泵浦光源的截断光纤从自由空间直接照射微球的中心或边缘部位，可测出微球/光纤锥耦合系统的激光输出功率相对于原耦合系统明显提升；在关闭连接光纤锥的泵浦源而仅使用自由空间泵浦源的条件下，仍可获得明显的单纵模激光现象。本文利用时域有限差分法和几何光束追迹法的仿真模型还原了上述自由空间耦合法的全过程。仿真与实验结果表明，这种自由空间耦合法有潜力成为常规光纤锥耦合法的一种辅助泵浦方法，为需要更高泵浦功率或更多泵浦波长选择的实验场合提供解决方案。

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数, 从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应, 同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验, 结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此, 此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。

利用高温熔融冷却法制备了直径为82．4μm的掺铒磷酸盐玻璃微球，并利用熔融拉丝法制备了锥腰直径为2．3μm的熔锥光纤与其进行耦合，发现了掺铒玻璃微球吸收光谱中出现的等间距分布的滤波谱线。利用光学微球腔理论讨论了玻璃微球吸收光谱中的形貌共振现象，计算出该耦合系统的品质因数为1．31×10⁴。利用Mie散射理论计算了谱线的吸收峰位置和峰间间距，计算结果与实验结果相符合。最后比较了两种峰间间距算法的优劣。

分别计算不同直径下锥形光纤基模和玻璃微球谐振腔内最低阶径向回廊模的传播常量,利用相位匹配条件,作出了锥形光纤与石英玻璃微球腔的直径对应关系曲线.在此基础上,选择锥腰直径2.8 μm左右的低损耗锥形光纤与直径143.1 μm球形度很好的玻璃微球腔进行近场耦合以激发球内的最低阶径向回廊模谐振,在锥形光纤的两端进行通光测试,在输出端获得了等间距分布的窄线宽滤波谱线,其吸收峰位置与利用Mie理论计算的球内最低阶径向回廊模谐振峰位置相一致.

通过CO2激光器熔融不同直径的熔锥光纤以得到相应直径的石英玻璃微球, 利用此微球和熔锥光纤, 构造了球微腔耦合系统。实验中利用光腰直径为3.1 μm的熔锥光纤与直径为143.1 μm的石英玻璃微球进行耦合, 通过最大分辨力为1 pm的可调谐半导体激光器对该耦合系统进行光谱扫描, 发现石英玻璃微球的吸收光谱中出现分立的结构共振峰。利用光学微球腔理论讨论了石英玻璃微球吸收光谱中的结构共振, 并用米氏散射理论公式对一阶TE模共振峰的位置以及它们的间隔进行了计算, 共振峰位置实验结果与理论结果的误差仅为0.03％, 表明实验与计算结果相符。