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伴随着光电信息时代的来临，各种固体、气体和半导体激光器（LD）相继产生并得以发展。尤其是在光纤诞生之后，以半导体激光器为光源，以光纤为传输介质的光纤通信迅速发展起来。众所周知，光纤必须和半导体激光器进行有效的耦合，才能保证有足够的光能量进入光纤，达到光纤通信对信号强度的要求。但是半导体激光器的功率一般较小、且光波导存在较强的不对称性（垂直于结平面和平行于结平面的发散角差异很大），这样就大大降低了普通光纤和半导体激光器的耦合效率。除此而外，在光纤技术的其它应用领域中也存在着光纤与激光光源耦合的问题。所以，如何提高光纤和激光光源的耦合效率一直是人们研究的热点。
微球端光纤是由普通光纤烧制而成的，其末端在熔融状态下凝结形成微球，具有制作简单、成本低廉、性质稳定、容易封装等优点。最重要的是，微球端光纤能大大提高光纤和激光光源的耦合效率。在深入对比了除微球端光纤和激光光源耦合以外的其他几种耦合方式基础上，本文的主要工作是：
1.详细介绍了光在微球端光纤中的传输特性，用光线光学法对微球端光纤和激光光源的耦合效率进行了研究，推导出了微球端光纤的等效入射孔径角公式，并得出了光纤纤芯和微球半径的比例为0.65时为最佳耦合条件，可使光纤数值孔径角提高约18倍，从而可取得最佳耦合效率。
2.利用波动光学理论，在高斯光束近似条件下，推导出了微球端光纤和半导体激光器的耦合效率表达式，并用Matlab绘图的方法依次分析了半导体激光器的输出波长、高斯光束的腰斑半径、微球折射率、微球和半导体激光器之间的距离，以及微球半径对微球端光纤和半导体激光器耦合效率的影响，总结并得出了在各个影响因素下的最佳耦合条件，并且较全面地分析了实际应用中造成光纤和激光器耦合损耗的各种因素。
3.介绍了微球端光纤和氦氖激光器的耦合实验。实验结果表明，微球端光纤可以将耦合效率从无微球的16.7％提高到实际的63％。运用波动光学理论的耦合效率公式计算了不同实验条件下的耦合效率，比较了理论计算值和实验测量值。结果表明，在实验误差范围内，理论上获得最佳耦合的条件、耦合效率最大值及其变化趋势与实验结果是符合的，证明了用波动光学理论方法得出微球端光纤和激光光源耦合效率的公式是正确的。最后，通过微球端光纤在液芯光纤拉曼散射中的应用，进一步证明了微球端光纤对提高耦合效率的作用。