玻璃微球腔具有品质因数高、模式体积小、窄线宽等优点，有潜力应用于全光开关、低阈值微球激光器、光波分复用器、超高灵敏度传感器等领域，吸引了国内外越来越多的研究兴趣。本论文重点是Nd3+掺杂硫系玻璃微球的制备及其在荧光/激光输出方面的研究。硫系玻璃作为一种新型的光学材料，具有优良的中远红外透过性能（0.5-1μm~12-25μm），声子能量低（200-350cm-1），高折射率n1（2.0-3.5），极高的非线性折射率n2（是石英材料的100~1000倍）。硫系玻璃微球具有更好的对光的限制作用、无辐射跃迁几率低和更强的非线性效应。然而目前对硫系玻璃微球的研究却并不多，已有的也多集中在As2S3和As2Se3等对环境有害的As基无源玻璃基质上。对于有源不含As的硫系玻璃微球此前仅在2010年报道过一次，除此之外报道的有源玻璃微球基质材料大多集中在石英或者氧化物玻璃。因此，本论文将首先从硫系玻璃组分优化、稀土掺杂浓度、硫系玻璃制备等方面进行研究，并探索稀土掺杂硫系玻璃微球的形貌、耦合光谱等特性。论文绪论部分主要分析了玻璃微球腔的研究历程、制备方法、耦合方法，介绍了玻璃微球腔的应用领域，同时介绍了硫系玻璃的特性和稀土掺杂硫系基质玻璃微球的国内外发展现状。最后提出了本论文的具体研究的内容、研究的手段以及研究的意义。论文第二章介绍了介质微球腔的理论与特性。运用几何光学，特别是波动光学对微球谐振腔光场分布进行了表征，从Maxwell方程组出发，建立了WGM模式TE模和TM模特征方程，并进一步推导出微球腔谐振模式位置和宽度。分析了玻璃微球腔的特性，如品质因子、传播常数、模式体积等，为后续研究奠定了理论基础，对实验展开具有重要的指导意义。论文第三章首先介绍了Nd3+掺杂Ge-Ga-S-CsI硫系玻璃的制备及其各热学、光学等性能测试，并在此基础上重点介绍了对应硫系玻璃微球的制备流程，包括制备装置的设计、玻璃粉末的研磨与筛选及高温下微球的熔制和冷却至室温。最后表征了制得的玻璃微球的尺寸分布、表面质量等特性，为后续实验提供了合适的硫系玻璃微球。论文第四章主要介绍了运用酒精火焰加热拉伸法制备石英光纤锥。搭建了一套完整的从拉制、取锥到损耗测试的平台，拉制实验表明，拉制的石英光纤锥直径在1~2μm左右，表面较为光滑；设计了一种较为巧妙的取锥方法，有效避免了取锥过程中光纤锥的断裂；在随后进行的导光损耗测试中，实验结果表明制备完成的光纤锥具有86%的通光率，所拉制的光纤锥损耗普遍在0.5dB左右。在显微镜下观察发现由于范德华力吸收而附着于光纤锥表面的空气尘埃在通光时会成为一个个光散射点，因此拉制的光纤锥应尽快用于耦合实验。论文第五章在介绍耦合理论的基础上研究了Nd3+掺杂75GeS2-15Ga2S3-10CsI硫系玻璃微球与拉制的1~2μm石英光纤锥的耦合发光特性。理论模拟表明由于硫系微球与石英光纤锥高折射率差的存在，808nm和1075nm处均将在微球内激发出高阶模。微球耦合实验结果表明未经除水的硫系玻璃微球只观察到荧光光谱，而经除水的硫系玻璃微球则在泵浦光作用下成功激发出激光，阈值最小在mW量级。同时，观察到激光输出并不稳定，输出波长变动剧烈，这有可能是受实验室外界环境（如气流、平台振动等）的影响，使得微球-光纤锥耦合系统并不那么稳定。微球耦合实验对环境要求很高，需要有针对性的改进。论文第六章为结论和展望，总结了本研究的结论，同时指出了实验中存在的问题和有待进一步深入研究改善的方面。