由于中红外光纤激光在医学、大气监测、精密加工、环保、军事等领域的巨大应用前景,中红外玻璃材料的光谱性能优化已逐渐成为近些年的研究热点。对于提升光谱性能,传统方法主要为改变稀土离子浓度或基质组分。但是由于基质结构的大规模转变所产生的外部效应是不可逆的,包括化学不均匀性和缺陷,这就给了解光放大效应的具体动力学过程造成很大的困难。此外,对于玻璃结构进行纳米尺度调控也是非常有必要的。本论文的主要目的是对玻璃结构进行不同尺度的调整,以提升中红外荧光性能,为获得优异的中红外激光玻璃材料提供理论基础和实验基础。论文主要包括六个部分:论文第一章为文献综述部分。主要介绍了中红外激光的产生原理以及应用,随后,概述了比较常见的稀土离子和激光玻璃介质,以及微纳尺度调控硅酸盐玻璃结构的原理以及方法,并对于当前适用于该方法的硅酸盐微晶玻璃材料的研究进展进行了概述,引出了本文的主要研究内容。论文第二章为实验及理论计算部分。主要介绍了玻璃样品的制备、主要的性能测试（物化、结构、热学、电学、光谱学）、光谱理论参数的计算及对应的分析等。论文第三章为玻璃结构的宏观尺度调整,主要研究了玻璃形成体和中间体比例变化对玻璃结构造成的影响,以及由此引发的物化性能变化,并对结构变化做了详细分析。结果表明,在荧光强度达到饱和的铅硅酸盐玻璃体系中,随着中间体Pb的含量不断增加,玻璃体系中的链状结构发生变化,即,Pb在一定程度上解聚了原本冗长的Si-O链,并重新与断开的Si-O短链相连接,得到Si-O-Pb形式的链状结构,使得玻璃整体的宏观结构更加松散,而又不至于破坏玻璃的机械性能以及热学性能。因此,相对松散的玻璃结构使得更多的稀土离子可以进入玻璃结构中,并增强荧光性能,使猝灭阈值提升了60%。论文第四章为玻璃结构的微观尺度调整,主要研究了碱金属离子对于硅酸盐微晶玻璃的结构影响,以及所造成的中红外性能变化。以Li⁺离子作为引入的碱金属离子,研究其进入微晶晶格后对于稀土离子周围晶体场造成的影响。由于Li⁺离子并不会破坏玻璃相中的链状结构,也不会对微晶相的晶型造成改变,进入微晶晶格的那一部分,只会影响晶格内稀土离子周围的局域环境,因此可以实现对玻璃结构的纳米级尺度调整。当Er³⁺:Ba_0.27Sr_0.75Nb₂O_5.78微晶玻璃中引入少量的Li⁺离子时,晶格内部的Er-O键虽然不会断开,但它依旧会受到Li⁺离子的影响而发生轻微的扭曲,这就使得稀土离子周围的非对称性增强,从而使这一体系中,1.55μm中红外波段的发光增强了1.4倍。论文第五章也是玻璃结构的微观尺度调整,主要研究了电极化对玻璃微观结构以及发光的影响,这种方法可以理解晶体场和光激发过程之间的动态关系。由于铁电晶相的特殊性,在外加电场时,晶胞内会发生极化现象,即氧八面体内阴阳离子会发生位移,造成轻微的晶格畸变,这一变化会从多个角度影响稀土离子的发光,包括稀土离子周围静电场的变化,稀土离子周围环境对称性的变化以及晶格声子能量的变化。我们在多个铁电微晶玻璃体系中进行研究,均取得明显的中红外发光增强现象,分别是:Er³⁺:Ba_0.27Sr_0.75Nb₂O_5.78的1.55μm增强4.93倍,Er³⁺:LiNbO₃的1.55μm增强6.45倍,Tm³⁺:LiNbO₃的1.85μm增强3.45倍,Er³⁺/Dy³⁺:Bi₄Ti₃O₁₂的2.85μm增强2.13倍。此外,我们还研究了稀土离子对于材料铁电性能的影响。在储能型铁电系统Bi₄Ti₃O₁₂微晶玻璃中,通过掺入稀土离子,我们发现材料的储能密度和储能效率都有所提升。论文的第六章是总结,概括了全文的研究内容和实验结果,同时也指出了研究内容以及实验设计中的一些不足之处。