WGM微腔以其极高的Q值和小的模式体积受到了众多研究领域的青睐,在激光器、传感器和非线性光学领域得到了广泛的应用。为了更好地满足各领域的需求,随着加工工艺的不断发展,微腔的类别逐渐增多,包括微球腔、微环腔和微芯环腔等类型。其中微球腔的表面光洁度高,Q值可以到10~8,但微球腔内退简并容易发生,导致共振模式杂乱;微环腔的共振模式较少,但是Q值受到制备条件的制约最高可到10~6数量级。微芯环腔既具有高的表面光洁度,Q值能够达到10~8,又包含较少的共振模式,易于控制耦合的模式,同时具备微球腔和微环腔的优点,成为了近年来的研究热点。本文围绕高Q值的微芯环腔展开研究,主要工作包含以下几个部分:1、首先介绍了WGM微腔的研究进展以及WGM微腔的分类,总结了近年来WGM微腔在激光器、光学滤波器和非线性光学等方面的应用。然后介绍了微腔限制光子的理论模型以及三个主要的性能参数。最后推导了拉锥光纤与微腔耦合时的能量透射率,并通过仿真分析得到了微芯环腔的耦合距离、耦合位置处拉锥光纤直径以及微芯环腔小直径对耦合效率、谐振模式数以及FSR的影响。2、制备高Q值的微芯环腔。首先对氧化硅片进行镀铬、涂胶、光刻、显影、去铬和HF缓冲液刻蚀处理,将掩模版上的图形转移到氧化硅层;然后利用HF/HNO3溶液对硅基底进行各向同性刻蚀,制备直径为120-220μm的微盘腔。对微盘腔进行二氧化碳激光器热回流,得到总直径为160μm、小直径5μm的微芯环腔。最后搭建了微芯环腔与拉锥光纤的耦合系统,通过波长扫描的方法测得微芯环腔的Q值为1.3×10~6。3、提出并验证了基于微芯环腔的单纵模窄线宽激光器系统。利用微芯环腔内的Fano共振线型,将微芯环腔加到环形谐振腔内作为光学窄线宽滤波器,得到了单纵模窄线宽输出。激光器在单纵模输出的情况下,阈值功率为32.6 m W,最大输出功率为3.1 m W,激光器输出功率与泵浦源功率的斜率效率为8.5%。最后通过延时自外差法测量激光器线宽,利用Voigt线型对线宽曲线进行拟合,输出激光线宽测得为1.475 k Hz。