掺铒光纤放大器（EDFA）是目前1.5μm 窗口通信系统中不可缺少的器件。现在所使用的EDFA 是由掺铒石英玻璃制造的,其在1.55μm 处发射带宽很窄,约为30nm。随着大容量信息通信和波分复用系统的需求的增加,掺铒宽带EDFA必须得到同步发展,因此,人们越来越希望获得比目前的掺铒石英玻璃具有更宽1.5μm 发射带的新型掺铒玻璃,相关的研究在国际上受到了极大的重视。本论文的工作主要包括两大方面的内容:一是研究Er³⁺离子1.5 μm 红外发射的光谱成分分析方法和加宽机制;二是寻找具有宽带发射,且具有良好的热稳定性和化学稳定性的新型掺铒玻璃材料。制备了以Bi₂O₃为基质的掺铒玻璃样品,研究了Er³⁺离子在11K—300K 温度范围内的1.5 μm 发射光谱,将⁴I_13/2多重态中的高能态和最低能态向基态跃迁发射的光谱成分从测量的发射光谱中分离开来,讨论了光谱成分对1.5μm 发射带宽的影响。在国际上首次提出等效四能级模型,并用此模型可很好解释Er³⁺离子⁴I_13/2→⁴I_15/2辐射跃迁的线形及其变温特性,具有普遍意义。制备了一系列的钆硼硅酸盐玻璃和镥硼硅酸盐玻璃,分别确定了这两类玻璃系统的玻璃形成范围,讨论了玻璃的热稳定性及宽带发射特性。差热分析的数据表明这两类玻璃都具有极佳的热稳定性。并且,钆硼硅酸盐玻璃和镥硼硅酸盐玻璃体系的1.5 μm 红外发射光谱的最大半高全宽分别达到70 nm 和76nm 左右。根据J–O 理论对钆硼硅酸盐玻璃中Er³⁺的J–O 参数进行了拟合,得到Er³⁺的辐射跃迁几率、辐射寿命和分支比等数据。利用McCumber 理论计算了Er³⁺的1.5 μm 受激发射截面。用FWHM×σe的值对玻璃的宽带放大特性进行了表征。结果表明,该玻璃体系具有较大的受激发射截面,并且其宽带放大特性优于目前已有报道的硅酸盐、锗酸盐和磷酸盐玻璃。进一步研究了两种玻璃系统组分对Er³⁺离子1.5 μm 受激发射截面以及J–O参数的影响。将已制备的钆硼硅酸盐玻璃在开始析晶温度附近进行退火处理得到了红外透明的玻璃陶瓷,对该样品的研究表明,退火处理使玻璃中产生微晶,增加了Er³⁺离子⁴I_13/2 上能级的跃迁发射几率,从而使红外发射的有效发射半高宽增大。通过寿命测量可知,玻璃陶瓷⁴I_13/2的能级寿命都比相应的玻璃要长。