光波导结构可以将光传播限制在微米量级,由于其几何结构尺寸较小,光波导结构为实现小型化光学器件和具有混合功能的高度紧凑的光子电路开辟了可能性。例如,波导激光器可以通过将激光增益材料与光波导结构相结合来实现,这种小型化光源在增强光学增益方面具有相当大的优势。迄今为止,波导激光器已开始在许多的应用中发挥核心作用,包括光通信、量子存储器、光学传感器等。目前已经采用了大量技术制造具有高光学性能的光波导结构,飞秒激光加工已成为一种前所未有的三维（3D）波导制造技术,可在大量透明材料中得到体现。在飞秒激光加工过程中,由于非线性多光子吸收,激光焦点处的高能量将沉积在材料内部,导致材料结构发生高度的局部修改,例如折射率变化,形成光波导结构。由飞秒激光加工的凹陷包层光波导引起了越来越多的关注,因为它们具有柔性的管状结构,可确保输入激光模式和引导模式之间的高耦合效率。可见光源在众多领域中有广泛的应用,例如彩色显示、成像、生物医学诊断和化学传感,因此其发展引起了极大的兴趣。稀土掺杂晶体材料已显示出直接发射可见光荧光和激光的强大能力,其中三价镨离子Pr3+是最成熟的一种,因为它的多重跃迁允许在红色、橙色、绿色和蓝色光谱域发射,并拥有高吸收截面(在红色发射处高达10-19cm2)和较长的上态寿命（几十微秒）。Lu3Al5O12（LuAG）和Li YF4（YLF）材料由于其优异的物理和化学性能而被广泛用作基底材料。根据所选用材料和光波导结构的不同,本论文的主要工作内容可以概括为以下内容:通过飞秒激光微加工技术在Pr:LuAG晶体中制备了5组直径分别为35μm、30μm、25μm、20μm、15μm的圆形包层光波导。测试了所有包层光波导结构的传输模式和其传输损耗的大小,展现了光波导的良好性能,特别是在单模导光和偏振独立性方面。在共聚焦显微荧光的研究中,证明了飞秒激光加工导致晶格损伤,这些是影响折射率改变的基础,同时,Pr3+离子的光谱特性在光波导芯处得到很好地保留。光波导的波导荧光在900m W的450nm的In Ga N激光二极管入射激光下的最大输出功率为0.4m W。荧光显示具有以525nm、533nm、550nm、565nm和609nm为中心的五个主要峰。这项研究为在Pr:LuAG晶体中实现微型集成平台铺平了道路,可以应用于光子集成电路中的可见光源。通过飞秒激光微加工技术在Pr:YLF晶体中制备了3组扫描速度分别为50μm/s、100μm/s、300μm/s的螺旋型包层光波导,每个光波导直径均为100μm,中心深度设计为200μm。通过导光性能实验和共聚焦显微荧光证明,这种螺旋加工方案,可加工出具有平滑连续包层轮廓、完整光波导芯、强光学模式限制的光波导,光波导在宽光谱范围内的正交偏振下对光有较强的模式限制,最重要的是,其传输损耗非常低（<0.13 d B/cm）,飞秒激光加工引起了空间局部晶格修改,光波导芯保留了体材料良好的光学性能。
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