激光材料是激光技术发展的核心和基础,因此开发新型中红外波段激光材料在中红外光子学方向有重大意义。硫系玻璃具有极低的声子能量和良好的红外透过性能,是实现稀土和过渡金属离子在中红外波段发光的理想基质材料。而通过微晶化处理进一步制备稀土和过渡金属离子掺杂的硫系微晶玻璃兼具晶体独有的光学特性和玻璃优异的物理化学稳定性及易加工成型的优势,是当前中红外发光微晶玻璃领域的研究热点。本论文总结了近年来硫系玻璃和微晶玻璃在红外光子学领域的发展概况,然后就稀土离子与过渡金属离子掺杂硫系微晶玻璃的中红外发光性能展开了以下研究:（1）通过微晶化制备的稀土离子掺杂硫系微晶玻璃具有更强的中红外发光强度,然而一直以来稀土离子是如何在硫系微晶玻璃分布进而影响其中红外发光强度尚未有定论。本研究以稀土离子Tm3+为例,采用高分辨透射电镜研究了Tm3+在Ge-Ga-S体系硫系微晶玻璃中的微观分布情况,直观的给出了稀土离子微观分布的实验证据;随后,进一步研究了微晶化前后Tm3+中红外发光特性的变化,并结合稀土离子微观分布的实验结果,讨论了稀土离子掺杂Ge-Ga-S硫系微晶玻璃中红外发光增强的机制。（2）不同于稀土离子,二价过渡金属离子掺杂的硫系激光材料具有中红外超宽带发光特性。然而二价过渡金属离子(Cr2+,Co2+,Fe2+等)掺杂的II-VI（Zn S,Zn Se等）硫系晶体存在显著的热透镜效应,将严重影响激光输出光束质量。通过光纤化借助光纤的热管理优势,有望解决这一问题,但目前尚无法通过传统光纤拉制技术制备II-VI硫系晶体光纤。针对这一问题,本研究提出通过热处理析晶的方法制备含有II-VI纳米晶体的新型硫系微晶玻璃,为未来拉制硫系玻璃光纤提供一种可行的途径。首先选择具有优良成玻特性的As2S3基质进行尝试,通过引入Zn Se化合物,研究了As2S3-Zn Se玻璃体系的析晶特性。结果发现通过微晶化可以在玻璃中析出Zn S纳米晶,但由于晶化率较低（仅为1%）,限制了过渡金属离子掺杂的晶格位的数量。为提高晶化率进一步通过组成改性开发出Ge-As-S玻璃基质,研究了基于此基质硫系玻璃的晶化行为。发现Ge的引入可以将玻璃中Zn S纳米晶的晶化率提高到4%,随后在这一新体系硫系微晶玻璃中掺杂了Cr2+离子,采用1.57μm商用光纤激光器作为泵源,验证了Cr2+离子掺杂硫系微晶玻璃实现2～3μm中红外波段超宽带发光的可行性。（3）在以上工作的基础上,为实现更长中红外波段的超宽带发光,本研究制备了Co2+离子掺杂的硫系微晶玻璃,采用1.57μm商用光纤激光器作为泵源,实现了Co2+离子位于2.5～4.5μm波段的超宽带中红外发光。同时应用晶体场理论,通过对Co2+离子在晶体中所处的微观配位场环境进行调控,研究了不同晶体场强度下Co2+离子中红外宽带发光性能（包括发光峰位和半高宽）的变化规律。（4）相比Cr2+和Co2+,Fe2+掺杂II-VI硫系晶体能够实现最长波段的中红外超宽带发光（3.0～5.5μm）。目前已有研究主要采用3μm波段激光器,如Er3+掺杂YAG晶体,作为Fe2+掺杂硫系晶体的泵源,但该波段的泵源无论从输出功率还是设备成本等方面均无法与工作于近红外波段的Er3+或者Tm3+离子掺杂的商用光纤激光器相媲美。本研究提出利用过渡金属离子Co2+→Fe2+的高效能量传递,采用1.57μm商用光纤激光器作为泵源,实现了Fe2+离子掺杂硫系微晶玻璃2.5～5.5μm的超宽带中红外发光。研究了Co2+→Fe2+能量传递效率的温度依赖性。最后运用Fe2+离子的超宽带发光特性进行了丁烷气体传感应用的展示,证明了这一Co2+/Fe2+共掺硫系微晶玻璃在气体传感领域的应用潜力。综上所述,本论文工作对设计强中红外宽带发光的稀土和过渡金属离子掺杂硫系微晶玻璃具有重要的理论和实验指导意义。通过研究玻璃组成—结构—析晶之间的关系,提出了稀土离子在硫系微晶玻璃中红外发光增强的机制;实现了硫系玻璃中II-VI族硫系纳米晶的可控制备,获得了具有优良中红外光学透过性能的硫系微晶玻璃,并成功实现了二价过渡金属离子Cr2+,Co2+和Fe2+的超宽带中红外发光,为进一步开发硫系微晶玻璃光纤和光纤激光器提供了一种可供参考的增益材料。