光纤通讯的诞生和发展是电信史上的一次重要革命。随着技术的发展,光纤放大器的出现降低了光信号在光纤传输中的损耗,扩宽了光纤输出带宽,它的出现使光纤通讯的整体水平上了一个新的台阶,对光纤通讯的发展产生了深远的影响。传统的掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA）使用的光纤主体与线路光纤的耦合损耗小,传输过程中信号能被较完整的输送。但是,铒离子能级间的能级差固定了EDFA的工作波长,从而限制了放大波长,且其增益带宽只有40 nm左右,很大程度上限制了EDFA的发展步伐。因此,近几年来大量的研究集中在以Bi离子为典型代表的变价金属掺杂光纤放大器。Bi离子的最外层电子为不满壳层极易失去电子导致Bi离子拥有多个价态,且对基质的周围环境极其敏感,因此Bi离子的价态是可调控的。同时,Bi离子这一敏感特性决定了同样的修饰体在不同的玻璃组分基质中会有不同的作用。因此,本课题旨在多组分玻璃基质上,调整及优化玻璃组分中的网络形成体、中间体及外体改变网络结构,增强Bi离子近红外荧光性能。此外本课题探索了Bi相关的近红外发光中心并且通过Bi离子与稀土离子共掺获得了超宽带的近红外发射。本论文主要包括五章。论文第一章概述了光纤放大器的发展及其分类,重点阐述了在铋掺杂玻璃光纤放大器材料中,铋离子的发光机理及其发光性能的主要影响因素;介绍了稀土离子与铋离子共掺玻璃材料的相关研究进展,最后提出本论文的研究目的和研究内容。论文第二章介绍了玻璃样品的制备方法、性能测试方法、光谱参数的理论计算与分析方法。论文第三章首先研究了铋掺杂不同体系玻璃,影响铋离子近红外发射性能的主导因素。通过调控玻璃中二氧化锗与二氧化硅比例的同时抑制玻璃网络结构中锗氧四面体向锗氧八面体的转换,得到由桥氧键连接的锗氧四面体与硅氧四面体硅锗混合结构。X射线光电子能谱XPS和拉曼光谱Raman研究结果表明玻璃组分的变化并没有导致玻璃网络中Ge⁴⁺配位数的变化,即玻璃网络中大量的Ge⁴⁺离子以稳定的[GeO₄]形式存在并能与[SiO₄]结合形成Si-O-Ge混合结构。同时,研究结果发现两种玻璃形成体SiO₂/GeO₂形成的混合玻璃网络结构中还是由一种拓扑结构所主导。本文中,这种硅锗混合结构的形成较大程度上增强了铋的近红外发光性能。在优化的硅锗玻璃组分中,进一步调控玻璃组分中氧化铝的含量以优化玻璃的近红外发光性能。此外,玻璃组分中碱土金属的加入可以平衡网络中的电荷,却会在玻璃网络中形成富碱区域,这种局域环境会抑制低价态Bi离子（即Bi相关的近红外发射中心）的存在。玻璃网络中引入的Al³⁺可以捕获网络结构中的氧离子,形成AlO₄四面体,AlO₄不仅能连接破碎的玻璃网络提高玻璃样品的热稳定性,还可以有效地分散富碱区、增加玻璃网络中的近红外发射中心。最后,改变玻璃组分中的碱土/碱金属氧化物含量和融制玻璃的还原氛围进一步优化玻璃中Bi的近红外发光性能。结果表明碱土氧化物BaO能有效的调控玻璃网络的致密性,改善玻璃的热稳定性能,分散Bi离子发光中心从而减少离子相互之间的交叉驰豫过程。另外,Bi离子以Bi₂O₃形式被掺杂进玻璃网络中,玻璃基质本身局域环境能使部分Bi³⁺离子自然还原成低价态Bi的红外发光中心,但仍有部分Bi离子以+3价存在。因此,在玻璃的制备过程中,合理的控制融制气氛的还原性,使玻璃中残留的+3价态的Bi离子被成功还原为Bi⁺和Bi⁰,增强Bi离子的近红外发光特性。论文第四章主要研究在不同波长的（490、690、808和980 nm）光源激发下,Bi单掺、Bi/Ho和Bi/Er共掺玻璃样品的近红外荧光性能及离子间的能量传递过程,通过稀土离子与Bi离子间的能量传递获得超宽带的近红外发射光谱Bi单掺样品的激发光谱和不同激发波长下获得的发射光谱表明Bi离子近红外发射中心主要是低价态的Bi⁰与Bi⁺。Bi/Ho共掺样品在490 nm激发下获得了近红外宽带发光（FWHM:308 nm）,这主要是Bi⁰与Bi⁺发光中心同时被激发并相互叠加产生的。在Bi/Er共掺样品中,通过调控Er₂O₃掺杂浓度获得了超宽带的近红外发射。Er₂O₃浓度在0.01-0.04 mol%范围内增加时,Er³⁺较强的电负性使其占据较少的氧配位,导致玻璃局域环境中氧离子的增加,从而将高价态Bi离子还原为低价态的Bi近红外发光中心,因此Bi离子在1290 nm左右的荧光发射强度增强。当Er₂O₃浓度进一步增加时,Bi与Er离子间的能量传递与交叉驰豫过程占主导作用,导致Bi离子的红外发射发生猝灭效应。在808 nm的光源泵浦作用下,Bi⁰和Er³⁺同时被激发并产生能量传递过程,从而获得了超宽带的近红外发射（FWHM:445 nm）。论文第五章是本论文的总结部分,总结了全文的实验研究结果,同时指出本论文中存在的不足和需进一步改进的地方。