基于产生3 μm中红外激光的Er³⁺能量转换过程与能级体系，建立了掺铒氟化物光纤激光器的速率方程和传输方程，系统地研究了泵浦结构和光纤长度对输出功率、斜率效率以及腔内泵浦和激光功率分布的影响，为后续的实验提供理论依据。仿真确定了小泵浦功率的光纤激光器理想的光纤长度为4~8 m，最终实验选择4.7 m光纤完成了中红外掺铒氟化物光纤激光器连续激光输出光路的搭建， 在泵浦功率为5 W、中心波长为2.797 μm处实现了最大功率1.038 W、斜率效率20.4％的连续激光输出。

在钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System，TMSR）中，²³³Pa是²³²Th-²³³U转换链中重要的中间核素，前期研究的结果表明减压蒸馏技术可以有效实现载体盐FLiBeZr和²³³PaF₅的分离。然而，在蒸发过程中，部分金属氟化物与²³³PaF₅一同被蒸发，但蒸发出来的氟化物可能会在不同的温度下进行冷凝。本文对含有²³³PaF₅和多种金属氟化物的FLiBeZr熔盐进行减压蒸馏，考察不同温度下²³³PaF₅和关键金属氟化物的冷凝行为。结果表明，²³³PaF₅和⁹⁵Nb氟化物最佳的冷凝温度均为600~700 °C；²³⁷U和⁹⁵Zr氟化物最佳的冷凝温度均为400~500 ℃。在²³³PaF₅的最佳冷凝温度区域，考察并比较了²³³PaF₅与关键金属氟化物间的最佳冷凝温度下分离因子（β_B）与平均分离因子（β_A）的差异。实验结果表明：⁹⁵NbF₅的β_B与β_A无明显差异，但²³⁷UF₄和⁹⁵ZrF₄的β_B较β_A提高了2~20倍。通过金属氟化物间β_B和β_A的对比，表明减压蒸馏分离不同金属氟化物不仅取决于各组分的挥发性，还取决于对冷凝温度的控制。

采用溶剂挥发法，在室温条件下生长出掺不同浓度Mn⁴⁺的K₂TiF₆∶Mn⁴⁺红光晶体。样品在紫光区和蓝光区都表现出Mn⁴⁺的特征宽带激发，对应于其⁴A₂ → ⁴T₁和⁴A₂ → ⁴T₂能级跃迁。在蓝光激发下，所有晶体都呈现出一系列窄带红光发射，其中最强发射峰位于631 nm处。在这些晶体中，样品K₂TiF₆∶Mn⁴⁺ （13.18%）表现出最高效的红光发射，其内外量子效率分别高达97.2%和83.3%。值得一提的是，该样品表现出荧光负热猝灭效应，其在120 ℃时的红光发射强度是室温时的1.81倍。所得晶体与Y₃Al₅O₁₂∶Ce³⁺ （YAG∶Ce³⁺）组装的暖白光LED流明效率（LE）高达180.9 lm/W、色温低至3 859 K、显色指数为91.3。与β?SiAlON∶Eu²⁺组装成白光LED器件，LE也达101.5 lm/W，显示色域为NTSC （National Television System Committee）标准值的94%。因此K₂TiF₆∶Mn⁴⁺晶体在白光LED照明及显示领域具有潜在应用前景。

Mn⁴⁺激活荧光粉实现强零声子线（Zero phonon line，ZPL）发光将会使其发射光谱中短波红光增强，且常伴随荧光寿命缩短。本文对Mn⁴⁺激活氟化物红光荧光粉中具有强ZPL发光特征的28种荧光粉的组成、制备、晶体结构与荧光性质进行综述。发现了一些规律：（1）这28种荧光粉可以根据Mn⁴⁺与被取代离子是否为等价取代及被取代离子在基质中是否形成六配位分为四类。（2）［MnF₆］配位八面体畸变是Mn⁴⁺实现强ZPL发光的必要条件。（3）大部分Mn⁴⁺激活强ZPL氟化物荧光粉中Mn⁴⁺掺杂为对3+离子的不等价取代；在等价取代且被取代离子为六配位时，获得强ZPL发射的空间群主要为P321和P3m1等三方晶系空间群。（4）Mn⁴⁺在绝大多数强ZPL发射氟化物荧光粉中ZPL都弱于ν₆声子伴峰，仅在Na₂TiF₆∶Mn⁴⁺等5种荧光粉中ZPL强于ν₆峰。（5）其ZPL波长都在617~628 nm之间，多数为620 nm。（6）ZPL与Stokes ν₆峰的强度比不仅与荧光粉的化学组成有关；对于同一化学组成的荧光粉，该比值也随制备方法的改变而变化。

采用共沉淀方法合成了一种新型氟化物红色荧光粉BaTaF₇∶Mn⁴⁺，确定了BaTaF₇的组成与晶体结构，研究并讨论了晶体结构与发光性能之间的关系。在紫外（UV）和蓝光激发下，BaTaF₇∶Mn⁴⁺荧光粉在630 nm表现出强烈的零声子线（ZPL）发射，其源于晶体结构中［MnF₇］畸变八面体的C_3v群对称环境。由YAG∶Ce³⁺和BaTaF₇∶Mn⁴⁺荧光粉混合制备的暖白光LED表现出较优异的性能，表明BaTaF₇∶Mn⁴⁺具有成为暖白色发光二极管红色荧光粉的应用潜力。

中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点，应用前景广泛，但受限于中红外侧面泵浦合束器，目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理，在125 μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制，该合束器泵浦光耦合效率达82.3%，可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器，实现了全光纤中红外超荧光光源产生，前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW （后向输出53.67 mW，前向输出37.42 mW），输出光谱范围从2702 nm覆盖至2830 nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时，获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题，对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。

3~5 μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间，它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰，同时还是大气透明窗口之一。此波段的激光器在气体探测、生物医疗、**等众多领域都具有很大的应用前景。文中围绕常用于3~5 μm光纤激光产生的三种稀土离子（即Er³⁺、Ho³⁺和Dy³⁺），对基于这些离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展现状进行了梳理，最后对3~5 μm掺稀土离子光纤激光器的发展进行了展望。