中红外光源在**安全、食品安全、光谱分析等**或国民经济的重要行业有着重要的应用。近年来, 稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤的研究主要集中在提高稀土离子溶解度、降低稀土离子局域声子能量和敏化离子共掺等方面。在玻璃和光纤中获得了Dy3+、Pr3+、Dy3+、Tb3+、Sm3+等稀土离子的中红外荧光, 这种宽带中红外荧光在传感领域得到了应用, 实现了CO2、CH4等气体的传感。本文综合评述了稀土掺杂中红外硫系玻璃和光纤的研究进展, 讨论了影响硫系玻璃光纤中红外发光的各种因素, 包括稀土离子溶解度、稀土离子周围声子能量、敏化离子间能量传递和杂质损耗等, 重点总结了宽带中红外荧光在气体传感领域的研究进展, 指出对于稀土离子掺杂硫系光纤气体传感器的研究有5个方面存在不足。如何在稀土掺杂玻璃光纤中获得中红外激光仍是一个急需研究的方向, 除了从有源光纤制备(基质选择、稀土离子共掺、局域结构调控、预制棒玻璃提纯等)的角度来寻求解决方案, 还需要从光纤光栅刻写技术、泵浦激光器功率和波长调谐方面进行研究。稀土掺杂中红外硫系光纤凭借其小巧、紧凑以及经济性等优点展现出巨大的应用潜力, 未来在多个领域的物质检测方面将实现广泛应用, 具有巨大的应用前景。

采用垂直布里奇曼法成功生长了Er3+/Ho3+/Eu3+三掺杂PbF2的中红外激光晶体。该晶体在980 nm泵浦下, 首次获得了从2 600~3 200 nm的宽带中红外发光, 其半高宽（FWHM）为300 nm,这是Er3+的2.7 μm发射峰（2 600~2 950 nm）和Ho3+的2.9 μm发射峰（2 800~3 200 nm）叠加的结果。此外, 失活离子Eu3+ 的引入可以有效克服Er3+和Ho3+离子的自终止瓶颈效应。研究发现, 与Er3+/Ho3+∶PbF2晶体相比, Er3+/Ho3+/Eu3+∶PbF2晶体具有更高的荧光分支比, 在Er3+: 4I11/2→4I13/2跃迁为18.7%和Ho3+: 5I6→5I7跃迁为18.0%; 以及有更大的发射截面, 在2 745 nm时为0.621×10-20 cm2, 在2 905 nm时为0.728×10-20 cm2。这些有利的光谱特性表明, Er3+/Ho3+/Eu3+∶PbF2晶体在商用980 nm激光二极管泵浦下, 可能是2.6~3.2 μm中红外激光器的一种有前景的材料。

总结了铋（Bi）离子在荧光粉、玻璃、晶体等基质材料中的发光特性。Bi⁰和Bi⁺通常显示为近红外发光，Bi²⁺通常在600~800 nm范围内显示为红色发光，Bi³⁺在不同基质晶体场影响下在紫外至橙红色区域内显示发光，Bi⁵⁺通常在1000~1600 nm范围内显示为近红外发光，Bi团簇离子根据自身价态和基质的不同可以显示为近红外至中红外发光。不同基质的晶体场影响Bi离子的发光性能，从而丰富了Bi离子的发光特性。归纳了不同价态的Bi离子的发光机制，为新型Bi离子掺杂发光材料的研究和实际应用提供了帮助。

由于在人眼安全、光电探测、中红外超连续谱产生等方面的应用, 2.0 μm波段中红外激光器引起了人们越来越广泛的关注。本文采用熔融-淬冷法制备了含BaF2纳米晶、Tm3+离子单掺及Ho3+/Tm3+共掺的85SiO2-7.5KF-7.5BaF2(SKB)玻璃陶瓷, 表征了样品的拉曼光谱、吸收光谱、808 nm泵浦下在2.0 μm处的发光性能, 得到了实验过程中Ho3+/Tm3+的最佳掺杂浓度。结果发现, Ho2O3、Tm2O3掺杂浓度均为1.0%时, 2.0 μm处Ho3+: 5I7→5I8发射峰强度达到最大, 并对Ho3+和Tm3+之间的能量转移机制进行了详细分析和讨论。研究表明, Tm3+/Ho3+共掺的BaF2纳米晶SiO2-KF-BaF2玻璃陶瓷有望成为2.0 μm波段中红外固体激光器的增益基质。

采用高温熔融法制备了Tm 3+离子单掺杂及Ho 3+/Yb 3+共掺杂的碲锗酸盐玻璃,并研究了其在2 μm波段的发光性能。在808 nm激光二极管泵浦下,在Tm 3+单掺杂的碲锗酸盐玻璃中获得了1.81 μm波长的荧光,荧光的半峰全宽达211 nm,发射截面为6.32×10 -21 cm 2。在980 nm激光二极管泵浦下,在Ho 3+/Yb 3+共掺杂的碲锗酸盐玻璃中获得了2.03 μm波长的荧光,荧光的最大半峰全宽为170 nm,发射截面为3.2×10 -21 cm 2。研究结果表明,稀土离子掺杂的碲锗酸盐玻璃不仅具有优良的物化性能,而且具有优良的中红外2 μm发光性能,在中红外超短脉冲激光玻璃光纤材料领域具有潜在的应用价值。

回顾了近年来关于稀土或过渡金属离子掺杂的硫系发光微晶玻璃的研究进展.深入讨论了稀土离子在硫系微晶玻璃中的微观分布对其发光性能的影响，以及不同稀土离子与晶体场之间相互作用的机制.总结和分析了近两年提出的一种新型硫系微晶玻璃——过渡金属离子激活的硫系微晶玻璃.通过可控晶化和晶体场调控，已经在硫系微晶玻璃实现了较强的Cr2+: 1.8~2.8 μm以及Co2+: 2.5~4.5 μm中红外超宽带输出.梳理了影响和制约硫系微晶玻璃在中红外光子器件功能化方面的关键问题，为今后此类研究提供一种思路.

研究了Ho3+/Yb3+掺杂的氟锗酸盐玻璃在980 nm激光二极管抽运下的中红外2.0 μm、2.85 μm和可见上转换发光特性以及两种稀土离子之间的能量转移机理。在氟锗酸盐玻璃中掺杂1%（物质的量分数） Ho2O3和9%Yb2O3的样品中，获得了增强的中红外2.0 μm和2.85 μm发光。测得Ho3+的2.0 μm荧光寿命为6.19 ms，理论计算得到Ho3+在2023 nm处最大发射截面面积为6.6×10-21 cm2。研究结果表明，Ho3+/Yb3+掺杂的氟锗酸盐玻璃是一种合适的中红外2.0 μm和2.85 μm 激光材料。

制备了一系列Dy3+掺杂新型Ga-Sb-S 硫系玻璃，研究了玻璃的热稳定性(玻璃态稳定性)、光学性能、结构和中红外发光性能，通过组分微调改善了玻璃的抗析晶性能，拉制了高光学质量的光纤。结果表明，Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃具有良好的热稳定性、优异的红外透光性和较低的声子能量，在2.95、3.59、4.17、4.40 μm 附近表现出较强的发光；少量As替代Sb可显著减弱光纤拉制过程中玻璃的析晶倾向，同时未对玻璃的发光产生显著影响。光谱分析结果显示，Dy3+在Ga-Sb-S 玻璃中的2.95 μm 和4.17 μm 荧光量子效率分别为88.1% 和75.9%，对应的受激发射截面分别为1.1×10-20 cm2和0.38×10-20 cm2。较高的量子效率和较大的受激发射截面使得Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃成为极具潜力的中红外激光增益材料。

稀土掺杂硫系玻璃是实现中红外发光的重要手段，通过在稀土掺杂硫系玻璃样品上构造光子晶体结构可以大大增强其发光效率。制备了Tm3+离子掺杂硫系玻璃样品并测试了其光谱特性，通过设计光子晶体结构来增强Tm3+离子跃迁产生的3.73 mm 处的荧光强度。利用有限时域差分法（FDTD）进行运算，模拟结果表明，通过优化设计的光子晶体结构参数，掺杂样品在3.73 mm 处的光子态密度相比于未采用光子晶体结构所产生的光子态密度有极大提高，计算其Purcell放大因子可达到未进行结构设计的50 倍以上。光子态密度的极大提高以及Purcell放大因子为增强发光强度提供了理论依据，该研究结果对实现高效率中红外光源器件具有重要的指导意义。

Er3+/Yb3+ 共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中, 通过熔融法制备了量比为70TeO2-(30-x)ZnO-xZnF2-0.15Er2O3-1.5Yb2O3(x=0,5,10,15,20)的碲酸盐氧氟玻璃样品, 并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明, 随着氟化物含量的提高, Er3+离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3 μm波段中红外发光得到增强, 并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现: 碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er3+离子的双光子吸收, 促进粒子跃迁至相应的高能级; 另一方面, 引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。