在光纤通信系统中,要实现超大容量信息传输有两种办法：1.提高数据传输速度；2.扩大传输光谱范围。现代商用光纤系统传输速率已经超出10 Tbit/s,而实验室光纤系统已经能达到约100 Tbit/S,未来二十年内,对传输速率的需求将会达到拍它比特(1015 bit/s),因此,扩大光谱传输范围成为光纤通信系统亟待解决的问题。石英光纤的低损耗区域可以覆盖从1000-1800 nm的超宽带近红外波段,传输损耗低于04 dB/km的低损耗区域为1300-1700 nm范围。然而,稀土掺杂的光纤放大器由于受到稀土离子f-f电子跃迁的限制,增益带宽很难覆盖整个光通信窗口。铋离子的超宽带近红外荧光几乎可以覆盖整个1000-1800 nm区域的光纤低损耗波段,这使得“一根光纤,一个泵浦源完成整个光通信系统的信号放大”成为可能。因此,深入研究铋离子掺杂玻璃的超宽带近红外发光对促进铋离子掺杂超宽带通信系统的实际应用有积极意义。然而,直到现在,铋离子的近红外发光起源仍然没有定论,这使得铋离子掺杂光纤激光器和光纤放大器的研究开发中存在许多问题,如铋离子掺杂光纤激光器和光纤放大器的效率均低于稀土掺杂器件等,抑制了铋离子掺杂光学器件的发展。这就需要更多的基础研究来确定铋离子的近红外荧光中心,以提高铋掺杂光纤激光器和光纤放大器的效率,最终达到实际应用的目的。本文研究玻璃局域环境对铋离子近红外发光的影响,分析局域环境对铋离子近红外发光的作用机理,为铋离子掺杂器件的实际应用提供的理论依据和实验累积。具体研究内容和主要结果如下：1.研究了玻璃基质光学碱度对铋离子超宽带近红外发光的作用机理。采用高温熔融法制备不同光学碱度的锗酸盐玻璃,研究铋离子在不同光学碱度锗酸盐玻璃中的光学性质,发现随着锗酸盐玻璃基质光学碱度的减小,铋离子可见发光减弱,近红外发光增强；而随着玻璃基质光学碱度的增加,铋离子可见发光增强,近红外发光减弱。2.研究了玻璃网络结构对铋离子超宽带近红外发光的作用机理。采用高温熔融法制备了不同网络结构的铋掺杂锗酸盐玻璃和硅酸盐玻璃,发现锗酸盐玻璃中铋离子的超宽带近红外发光并不严格遵循光学碱度规律,这种异常的近红外发光现象起源于异常的玻璃网络结构。通过光谱特性、元素分析与网络结构分析,首次提出“锗酸盐玻璃中异常的近红外发光现象是由玻璃基质光学碱度和异常的玻璃网络结构共同作用的结果”的观点。3.首次研究了Ag-Na、Cu-Na离子交换及随后的二次热处理对铋离子近红外发光的作用机理。将铋离子掺杂玻璃浸入AgNO3/NaNO3混合熔融液中获得Ag-Na离子交换样品,发现随着银离子交换浓度的增加,铋离子近红外荧光增强；退火后,铋离子近红外荧光进一步增强。将铋离子掺杂玻璃浸入CuSO4/Na2SO4熔融液中获得Cu-Na离子交换样品,发现随着铜离子交换浓度的增加,铋离子近红外荧光增强；退火后,铋离子近红外荧光减弱。两种离子交换方式均能在一定程度上增强铋离子的近红外荧光；退火后,两种离子由于作用机理的不同将导致铋离子近红外荧光增强或者减弱。4.研究了稀土离子共掺对铋离子近红外发光的作用机理。通过高温熔融法研究稀土离子共掺对铋离子近红外发光的影响,发现稀土离子共掺可以在一定程度上调整铋离子近红外发光强度、峰形、带宽等光谱性质,获得较好的平坦增益近红外荧光。