掺稀土光学和激光材料及其应用技术近年来广泛应用于光纤通信、彩色显示、激光技术、激光医学等领域，是当前物理学、光学、材料学等交叉学科的主要研究热点之一。目前光纤放大器结合波分复用（WDM）已经成为光纤通信的主流方向，提高光通信低损耗窗口1．5μm的光纤放大器性能一直是人们广泛关注的焦点问题。掺铒光纤放大器（EDFA）是当前实现1．5μmWDM技术的关键器件。然而，石英基EDFA还存在一些不足，如稀土离子掺杂浓度低、增益带宽窄等。另一方面，传统EDFA放大的C波段（1530-1565 nm）仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部分，限制了可利用的传输波长的信道数，为满足通信容量需求的增加和WDM技术的发展，对工作于S波段（1450-1510nm）的掺铥光纤放大器（TDFA）的研究是拓宽传输窗口、更好地利用光纤丰富的带宽资源、提高通信容量最有效的方法，而探索和研究应用于EDFA和TDFA的新材料及其物理、化学和光学光谱特性依然是当前研究焦点。重金属氧化物镓锗铋（铅）玻璃因为具有高折射率、低的声子能量、好的机械性质和耐潮性、高的化学稳定性和极佳的红外透射范围，可作为Er3+、Tm3+等多种稀土离子掺杂的，应用于光纤放大器、光波导、激光器和上转换发光方面的新材料。本论文结合当前光通信材料发展的趋势，主要研究了掺Er3+和Tm3+的镓锗铋（铅）玻璃物理化学和光学光谱学的性能，为其在光纤放大器、光纤激光器中的潜在应用提供基础。　　 论文分为五章。第一章概述了本研究的背景。简要介绍了重金属氧化物玻璃结构、性质特点和作为激光器和放大器材料的应用研究进展；稀土离子在玻璃中的基本结构和光谱行为，以及稀土掺杂的光纤放大器的原理和研究进展。　　 论文的第二章介绍了本文的研究方法和理论依据，包括实验的样品制备、性质测试及通过Judd-Ofelt和McCumber理论来计算稀土离子光谱参数如吸收和发射截面、Judd-Ofelt强度参数、自发辐射几率及荧光分支比等。　　 论文的第三章讨论了PbF2和GeO2的加入对Tm3+掺杂的Ga2O3-GeO2-Bi2O3-PbO（PbF2）玻璃的物理化学和光学光谱学性质的影响。发现GeO2的加入提高了玻璃的热稳定性，AT值从61℃提高到129℃，玻璃的紫外截止边从439 nm蓝移到413 nm。少量PbF2的增加（<12 mol％）降低了样品Tg值，AT值无大的变化，显著提高了1．47μm的发光强度和3H4能级的寿命。研究了Tm3+/Ho3+掺杂的镓锗铋铅玻璃的光谱性能，调查了不同浓度Tm3+和Ho3+对Tm3+：1．47μm发光的影响，优化了Tm3+和Ho3+的掺杂浓度。当Tm2O3含量为0．2 mol％左右时，强度比率I1．47/11．80达到最高，Ho2O3的掺杂通过Tm3+→Ho3+能量传递降低了Tm3+：3F4能级的粒子数，而3H4能级的粒子数仅有轻微减少，显著地提高了I1．47/11．80。通过对Tm3+/RE3+（RE3+= Ho3+，Tb3+，Eu3+，Dy3+）共掺样品的光谱性能研究比较发现，Ho3+，Tb3+，Eu3+，Dy3+均能在一定程度上有效地提高1．47-μm的发光效率和降低上转换发光，当共掺物的浓度高于0．2 mol％，在抑制上转换发光和提高I1．47/I1．80比率上Tb3+是最有效的敏化剂离子。另外，通过对Tm3+/Yb3+和Ho3+/Yb3+掺杂镓锗铋铅玻璃的上转换发光性能的研究发现在980 nm激光泵浦下可观察到强烈的红绿蓝发光，说明该玻璃在彩色显示和上转换光学设备方面是有前景的基质材料。　　 论文第四章系统地研究了Er3+/Ce3+（Eu3+、Tb3+）掺杂的镓锗铋铅玻璃中Er3+：1．53μm和上转换发光性能，发现Er3+在此玻璃中有较大的吸收截面，为1．14～2．10×10-20 c㎡，能有效的提高光抽运效率。Ce3+的添加显著地提高Er3+：1．53-μm发光并抑制其上转换发光，而Tb3+和Eu3+浓度的增加虽然在一定程度上抑制上转换发光但也直接降低了1．53-μm发光强度。随着CeO2、Tb4O7和Eu2O3含量的增长，Er3+：4I11/2的寿命分别有33％，52％和51％的降低。对于Tb4O7和Eu2O3的添加，Er3+：4I13/2寿命有21．8％和16％的降低。而共掺0．05 mol％ CeO2提高了Er3+：4I13/2能级寿命。同时本章探讨了Tm3+/Er3+共掺的GGBP玻璃的光谱性能和能量传递，发现随着Tm3+浓度的增长，Er3+：1．53μm发射的FWHM从60增长到170 nm，与碲酸盐玻璃中的值相比（160 nm）是相当的；522和545 nm绿色上转换强度降低了，660 nm红色强度在共掺0．6 mol％ Tm2O3时达到了最大值。从Er（4I13/2）到Tm（3F4）的能量传递效率增长了并在Tni2O3为0．6 mol％时达到了饱和效率75％。　　 论文第五章研究了Er3+和Er3+/Yb3+/Ce3+掺杂的Ga2O3-GeO2-Na2O新型玻璃的热稳定性和光学光谱学性能。Yb3+的引入极大地提高了Er3+对980 nm光的吸收，同时增强了1．5-μm发光和可见上转换发光强度。Ce3+的引入，通过Er3+（4I11/2）+Ce3+（2F5/2）→Er3+（4I13/2）+Ce3+（2F7/2）增强了Er3+：4I11/2→4I13/2无辐射跃迁速率，上转换发光明显减弱而1．5-μm发光增强。优化Yb3+掺杂浓度在Yb2O3/CeO2摩尔比3：1左右。随Ce3+浓度增加FWHM变化不大，上转换发光持续降低，Yb3+/Er3+共掺样品的绿光和红光上转换发光积分强度是掺杂1．0 mol％CeO2的Yb3+/Er3+/Ce3+共掺杂样品的约3．8和3．4倍，可见在Yb3+/Er3+共掺玻璃中引入适量的Ce3+不但能提高1．5-μm发光，也有效地降低了上转换发光，特别是对绿光的抑制效果更为明显。