计算机网络和数字通讯技术日益迅猛的发展要求使超大容量的信息传输和超快速的实时信息处理成为信息社会光纤通讯领域两个方面重要内容。目前，光纤制备技术的改进已经使光纤通讯的窗口覆盖了1.2-1.7μm的近红外波段。然而由于稀土离子发光峰窄的本质特征，传统的稀土离子掺杂光纤放大器表现出两个突出问题：(1)有些波段处未有合适的光纤放大器；(2)利用一根光纤一个泵浦源不能实现整个光通讯波段的光放大。稀土离子掺杂光纤放大器有限的增益带宽限制了放大器信号传输时的通道数目，对于超大容量信息传输极为不利。如果能够设计和制备出新型的红外增益材料，通过一根光纤就可实现多个波段甚至是整个光通讯波段的光放大，势必会给光纤通讯技术的发展带来巨大的推动。
　　 本文系统介绍了稀土离子、过渡金属离子、主族元素离子掺杂材料和以半导体量子点作为近红外增益材料的研究进展，概括和讨论了近红外宽带增益材料目前面临的问题，展望了其今后的发展趋势。于此基础上，我们围绕新型增益材料研究的几个重要内容，如高效率、超长荧光寿命、环境温度敏感性和超宽带，介绍了几种材料设计和构造的研究思路，开发出几种新型近红外宽带发光材料。通过热分析、X射线衍射、高分辨电镜、吸收光谱、荧光光谱等测试手段研究了这些材料的微观结构和光学性能。本研究取得的一系列实验结果为新型宽带近红外增益材料的开发和实用化奠定了基础。
　　 1.制备了Cr4+掺杂的Li2ZnSi4透明微晶玻璃。该微晶玻璃具有强烈的近红外宽带发光(中心位于1210nm)和超长的室温荧光寿命(90μs)。与其他Cr4+掺杂微晶玻璃相比，该材料具有超长的荧光寿命和较高的量子效率，这与Cr4+所处的特殊晶体场环境有关。在Li4Ti5O12晶体中特定的准对称四面体中心，Cr4+产生能级分裂，其中3T2(3F)的最低支能级与1E的最高支能级产生混合效应，混合能级与基态之间的电子跃迁产生长寿命的近红外宽带荧光。优化的析晶工艺和Cr4+在Li2ZnSiO4纳米晶体中较高的量子效率，使该透明微晶玻璃可以实现室温宽带光学增益。在单通道双波混频光路、在808nm：0.80W泵浦下获得1275nm信号的光学增益系数约1.27cm-1。
　　 2.制备了Cr4+掺杂的Li2MgSiO4透明微品玻璃，并研究该微晶玻璃的光谱和荧光特性。Cr4+掺杂的Li2MgSiO4透明微晶玻璃与Li2ZnSiO4微晶玻璃同样具有超长的荧光寿命。超长的寿命与特定晶体场下产生的混合能级与基态之间的电子跃迁有关。该微晶玻璃的光谱和荧光特性对于环境温度敏感。随着测试温度升高，近红外发光强度下降，发射峰发生蓝移，并且半高宽增大。这些现象均和光子-声子相互作用引起的非辐射跃迁相关。
　　 3.制备了Cr-Ni离子共掺的Mg2SiO4透明微晶玻璃，并研究该微晶玻璃的光谱和荧光特性。实验结果表明三种不同的过渡金属离子Cr3+、Cr4+和Ni2+分别产生中心位于950nm、1150nm和1500nm的宽带发光，三个宽峰可以相互叠加形成半高宽为700nm的超宽带近红外荧光，该荧光可完全覆盖整个光通讯窗口。然而Cr3+和Cr4+到Ni2+之间的能量传递过程以及Ni2＋在Mg2SiO4晶体中较低的量子效率使材料整体的发光效率很低。通过活性离子异相分离实现能量传递阻抑、选择适合掺杂离子达到更高量子效率的基体以及探索多种近红外宽带发光活性离子共掺的单晶材料等方式可能获得发光效率更高的可覆盖整个光通讯窗口的新型增益材料。