2³μm波段激光由于其较强的穿透能力、良好的传输性能以及对人眼无害等诸多优良特点,因而在红外遥感、激光测距、光纤通信和生物医疗等领域内应用极为广泛。锗硅酸盐玻璃具有较低的声子能量、较高的稀土离子溶解度、良好的成玻性能及热稳定性等优点,在中红外发光玻璃基质材料中具有较大的应用潜能,近来已引起了广大学者的关注。本文首先对稀土离子发光机理、2.0μm光纤激光器的研究现状和锗硅酸盐玻璃的发展应用进行了回顾,然后采用高温熔融法分别制备了以Ho³⁺和Tm³⁺为主的稀土离子掺杂锗硅酸盐玻璃及锗硅酸盐微晶玻璃,利用红外光谱、热分析、吸收光谱、荧光光谱等测试手段进行表征,研究玻璃组成、稀土离子掺杂浓度对玻璃结构及光学性能的影响,调控热处理制度,增强其2.0μm荧光性能。主要结果如下:采用高温熔融法制备了Tm³⁺离子掺杂基础组分为（50-x）SiO₂-xGeO₂-25K₂O-10MgO-10BaO-5Al₂O₃（mol%）的锗硅酸盐玻璃,探讨GeO₂含量及稀土离子掺杂浓度对玻璃结构及Tm³⁺离子1.8μm发光性能的影响。研究表明,x=20mol%或30mol%时,锗硅酸盐玻璃网络结构中不仅存在[SiO₄]四面体和[GeO₄]四面体,同时还形成了[SiO₄]&[GeO₄]混合网络结构。GeO₂含量为20mol%时,Tm₂O₃猝灭浓度为1mol%,此时1.8μm荧光强度最大。Tm³⁺离子对应的³F₄能级荧光寿命随GeO₂含量增加从0.88ms逐渐增加到1.43ms。用980nm激光激发Tm³⁺/Yb³⁺实现了对Tm³⁺的间接泵浦,并且提高Yb³⁺离子浓度有利于增强Tm³⁺离子1.8μm发射强度。在锗硅酸盐玻璃中掺杂Ho³⁺离子,研究了GeO₂含量和Ho³⁺掺杂浓度对玻璃2.0μm光学性能的影响。结果表明,GeO₂含量为20mol%时,Ho³⁺离子具有最大2.0μm发光强度,Ho³⁺离子⁵I₇能级荧光寿命随GeO₂含量增加从1.62ms逐渐增加到2.23ms。提高Ho³⁺掺杂浓度有利于增强其2.0μm荧光强度。用790nm波长的光源激发Ho³⁺/Tm³⁺体系实现了对Ho³⁺离子的间接泵浦。并且实验发现Ho³⁺/Tm³⁺共掺体系的发光强度比单掺Ho³⁺离子样品的发光强度大得多,说明Tm³⁺离子与Ho³⁺离子间进行了有效的能量传递。同时考察了Ho³⁺/Yb³⁺共掺体系在980nm激发光源下的荧光光谱,通过Yb³⁺→Ho³⁺能量转移过程可以实现Ho³⁺离子2.0μm荧光发射。对30SiO₂-20GeO₂-15Al₂O₃-5B₂O₃-30BaF₂-0.5Ho₂O₃-1Tm₂O₃（mol%）玻璃组成进行热处理制得了含氟化物晶相的锗硅酸盐微晶玻璃。研究结果表明,当热处理温度为620℃,热处理时间为8h时,玻璃中生成了大量细小且分布均匀的Ba₃AlF₉晶相,此时玻璃2.0μm发光强度最强。此外,荧光光谱图表明,对锗硅酸盐玻璃进行热处理能够有效提高玻璃的荧光性能。