纳米晶硅(Si-NC)被认为是Er的有效宽带光敏化剂之一。Si-NC在可见光区有非常宽的宽带吸收，其吸收截面是Er的一万多倍。当Er掺入Si-NC中，其激发截面可达7×10-17cm2。掺Er硅的PL效率明显提高，如3×1020Er/cm3掺入纳米硅的光致发光(PL)强度比掺入SiO2增强2个数量级。实现硅有效光发射是朝着硅基光电集成发展的关键一步。近十多年来，掺铒硅被认为是获得硅基高效发光最有希望的途径之一。Er3+从第一激发态4I13/2跃迁到基态4I15/2时发射能量为0.8eV的光子，相应的波长为1.54μm。这是一个十分重要的通讯波长，此波长对于光纤通讯石英玻璃具有最小的光吸收，在光通讯技术的发展中起了巨大的作用。　　 本文主要研究了利用磁控溅射制备的稀土(Er, Tm)共掺杂三氧化二铝薄膜的结构、电学和光学性能及利用此技术制备的掺铒多层膜结构及其发光特性。研究的中心就是利用磁控溅射技术、合成稀土(Er, Tm)共掺杂Al2O3薄膜，以期获得红外宽带高效发光，为光通讯1.4-1.7μm范围宽带平面光放大器件的研制提供实验和理论依据。围绕这个中心，将在以下四个方面开展研究工作：Ⅰ，优化实验工艺路线以提高光致发光(PL)的发光响应的研究；Ⅱ,光敏化剂对发光性能的影响的研究；Ⅲ，薄膜结构，光学和电学特性的研究；Ⅳ，发光机理的研究。需要解决的关键问题在于获得如何实现高效宽带发光和1.4-1.7μm范围宽带发光特性。具体地，我们开展了两个研究内容的工作，即(1)稀土(Er，Tm)共掺杂Al2O3薄膜的发光特性；(2)敏化剂纳米硅(Si-NC)对稀土共掺杂Al2O3薄膜的发光性能的影响。　　 本文第一章主要是研究背景的介绍。对工作在长波段范围1570-1620nm掺铒光纤放大器研究的同时，对掺Tm光纤放大器TDFA用作短波长区域(1450-1520nm)的光放大也在技术考虑范围之内。为了要满足更宽的带宽需求，充分利用1.4-1.7μm硅基光纤的低损耗带，其中之一的解决方法就是开发1.4-1.7μm的红外宽带。由于Er3+的发光峰是在1530 nm右右，而Tm3+的发光峰是分别在1460nm和1800nm，那么通过(Er, Tm)共掺就可以获得更大的带宽，以便满足现在光通讯对带宽的需求。　　 第二、三章主要集中在掺铒富硅三氧化二铝的制备过程及其结构、电学和光学性能的研究。与SiO2对比，Al2O3作为基质材料是一种很有前景的材料，Al2O3的有相对高的折射率(n＞1.6)，与包层SiO2的折射率差△n～0.2，这样就能很好的起到光约束的作用。Al2O3与Er2O3晶格结构相似，这就使得Al2O3作为基质材料能实现铒离子的高浓度掺杂。由于纳米硅的形成明显提高了吸收截面和降低了非辐射退激发几率，掺铒富硅三氧化二铝发光薄膜中1.54μm光发射信号明显增强且温度淬灭不明显。掺铒富硅三氧化二铝发光薄膜中1.54μm光发射与Er在薄膜中存在形式(固溶、偏析和沉淀)和纳米硅有关。能被有效激活的Er以固溶的形式存在，偏析和沉淀的Er没有光学活性。　　 第四章的主要内容就是讨论在Er3+掺杂富硅Al2O3薄膜中，Si-NC与Er3+之间的能量转移。在激光泵浦作用下，掺铒富硅三氧化二铝中纳米硅产生的激子与铒产生强耦合得到证实，铒主要的激活过程是通过纳米硅产生的激子的Auger过程把能量传递给Er3+，激发态Er3+辐射跃迁从而产生1.54μm光发射。　　 第五章同样用了磁控溅射的方法制备了出(Er, Tm)共掺Al2O3发光薄膜。研究了其发光特性，初步探讨了其发光机理。在前一章中研究(Er: Si): Al2O3薄膜基础上，我们初步掌握了制备薄膜的实验参数及制备条件。这一章主要内容就是通过对薄膜光致发光变温行为的研究，揭示Er, Tm之间复杂的能量转移过程。　　 最后，我们总结了采用磁控溅射的方法制备(Er: Si): Al2O3薄膜和(Er： Tm)： Al2O3薄膜样品。通过退火的方法来优化薄膜光致发光性能及其分析薄膜结构变化对发光性能的影响。