掺铋石英光纤实现了在低损耗区1100-1600 nm波段的近红外发光,是光纤通信领域重要的超带宽信息传输材料。尽管掺铋石英光纤存在较大带宽的近红外荧光辐射,但是发光中心还不能完全确定,与本征点缺陷的反应机制依然不清楚。本文主要从理论上研究了掺铋石英光纤中间隙Bi0与近红外发光中心之间的关系,揭示其发光机制,以及与四种本征点缺陷的反应机制。这将有助于提高掺铋石英光纤的制备技术和性能,为进一步实现大容量,高速度和长距离光纤通信提供重要的理论依据。本论文主要的研究内容及成果如下:(1)掺铋石英光纤模型的构建与优化。应用分子动力学方法构建了本征无缺陷、本征点缺陷和间隙Bi0掺杂的石英光纤模型,并采用第一性原理方法对构建的模型进行充分的结构优化和静态优化。(2)间隙Bi0掺杂石英光纤发光机制研究。通过研究石英光纤中间隙Bi0的平衡位置,发现间隙Bi0最可能存在于距离六元环中心约2 A处。通过对比分析跃迁能级和Bi原子的原子谱,发现间隙Bi0掺杂石英光纤在～1265 nm的近红外发光是由于间隙Bi0的2D3/2(1)→4S3/2跃迁导致的。(3)间隙Bi0与本征点缺陷反应机制研究。计算了石英光纤中间隙Bi0与四种本征点缺陷(ODC(I),POL,NBOHC-E’和POR-E’)的反应路径。通过对比分析四种反应产物的电子结构和光学性质,发现间隙Bi0与缺陷ODC(I)的反应会形成一种络合物,且存在一个位于1400-1500 nm近红外波段的吸收峰。