光通信技术的出现不仅提高了信息传递的效率,改变了人类的生活方式,更极大的促进了世界的发展与进步。在此技术领域中,以二十世纪八十年代诞生的掺铒石英光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA）为代表的全光放大技术解决了在远距离传输中由于光信号衰减损耗而对光通信网络传输中的速率的问题与距离的限制。随着网络通信需求呈指数性增长对数据传输的要求也在不断提高。如何实现更大容量信息传输和更快实时信息处理以满足在网络通信中日益增长的需求已经成为人们关心的焦点问题。目前在C+L（1530¹625 nm）波段的光放大技术研究已经有了长足的进展,但关于S波段（1460¹530 nm）的光放大技术还处于探索阶段。稀土元素铥掺杂的材料因Tm³⁺离子³H₄-³F₄能级辐射的1.4μm近红外光位于光通信S波段,所以研制掺Tm³⁺离子的光放大器对S波段光信号的放大具有重要意义。用于全光放大通信系统的光放大器主要有光纤放大器和光波导放大器。当前,掺Tm³⁺离子的光纤放大器TDFA研制已经取得较大的进展,但是由于光纤放大器以光纤为载体,实现信号光的有效放大需要较长的光纤,所以在集成器件、光纤到户、车载、机载等短距离通信系统中受到了一定的限制。而于光纤放大器相比而言,光波导放大器可以通过提高稀土离子的掺杂浓度来实现在单位长度的较高增益。并且小型化、可与其他电子器件集成的光波导放大器在短距离、集成通信系统中能够有效地降低其插入损耗和耦合损耗,因而更具有集成化发展前景。光波导放大器根据增益介质的不同,可分为无机光波导放大器和有机光波导放大器。相对于无机的晶体等材料,有机聚合物有着加工工艺简单、价格低廉和更利于制备且易于与硅基基质兼容等特点。因此,有机光波导放大器成为最有发展前途的光波导器件之一。为了能够有效地在光波导器件中掺杂稀土离子,研究人员采用在稀土纳米粒子表面修饰油溶性基团,并将其掺杂在聚合物中制备有机光波导放大器。当前,面向S波段有机光波导放大器的掺铥纳米复合聚合物的制备与及发光性质的研究还处于起步阶段。在这项研究中有许多关键性科学问题需要探索解决。首先,稀土纳米粒子形貌、尺寸,铥离子及敏化剂离子的掺杂浓度以及铥离子在1.4μm处的发光性质,这些参数如何影响光波导器件在单位长度上的增益?其次,稀土纳米粒子的尺寸、表面性质、纳米粒子在聚合物中的比重及掺杂方式等如何影响其在聚合物基质中的分散程度,进而影响光波导器件的散射损耗?对这些科学问题进行探索将对S波段有机光波导放大器的制备提供理论基础。针对以上的问题,在本论文中我们开展了如下的实验工作:（1）利用高温热解法制备了分散性良好,尺寸均匀的NaYF₄:20%Yb,x%Tm纳米粒子。探索了纳米粒子中Tm³⁺离子的掺杂比例,从0.2%、0.4%、0.6%一直增加到2.0%。利用高分辨透射电子显微镜和XRD对制备的纳米粒子的形貌、尺寸和晶体结构进行了表征;利用FTIR对材料的表面性质进行了表征;利用SPEX 1000M荧光光谱仪和示波器对纳米材料的发光性质和激发态寿命进行了测试。实验结果表明:制备的掺杂不同浓度Tm³⁺的纳米粒子尺寸相近,均约为11 nm,且分散性良好,晶体结构均为六角相。通过光谱手段,获得了纳米粒子在1.4μm处的下转换发光强度,随着Tm³⁺的掺杂浓度增加呈现先增加再减弱的趋势。找到了NaYF₄:20%Yb,x%Tm纳米粒子在1480 nm处发光最强的Tm³⁺掺杂浓度,并通过纳米粒子的激发态能级寿命变化验证了纳米粒子发光强度减弱主要是因为Tm³⁺浓度升高猝灭导致的。红外吸收光谱数据表明,纳米粒子的表面被成功修饰上C=C不饱和官能团,为下一步将纳米粒子与聚合物单体共聚,为实现纳米粒子在聚合物中的化学掺杂做好了准备。（2）利用共聚法,将纳米粒子NaYF₄:Yb,Tm与PMMA通过共价键镶嵌的方式链接在一起,实现了纳米粒子在聚合物中均匀、稳定掺杂,获得了无色透明的NaYF₄:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物。利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质,获得了在S波段能够实现光放大的有机光波导放大器。首先,在聚合反应过程中,通过调整反应温度与反应时间来改变复合聚合物的粘稠度。然后,当复合聚合物具有适宜粘度时将复合聚合物旋涂在经过ICP刻蚀的聚甲基丙烯酸甲酯凹槽中,再通过烘干处理制备出倒脊型结构的光波导器件。在长度为13mm的光波导器件中,以1480 nm的光为信号光测得1.4 dB的相对增益,这是首次在稀土NaYF₄:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益。实验结果表明通过化学方法将稀土纳米粒子链接在聚合物基质中制备有机/无机复合聚合物有利于稀土纳米粒子的分散,减小团聚。利用这种NaYF₄:Yb,Tm-PMMA有机/无机复合聚合物制备的聚合物光波导器件具有较好的光放大性能。在稀土NaYF₄:Yb,Tm纳米晶掺杂的有机/无机复合光波导器件中获得S波段的信号增益,对未来利用这种有机/无机复合聚合物作为增益介质制备光波导放大器,实现全光放大和短距离通信波段的展宽具有重要研究意义。