二极管泵浦固体激光器是近年来国际上发展最快的新型激光器，而作为工作物质的激光材料是研究重点之一。Yb³⁺离子因电子构型简单、理论上不存在交叉驰豫和激发态吸收、吸收峰位于970nm附近能与InGaAs二极管泵浦波长（900～1100nm）有效耦合，非常适合于用作大功率固体激光器的激活粒子。掺Yb³⁺激光玻璃因制备工艺简单、容易形成大尺寸以及可通过调整玻璃组成来优化材料的性能等特点，而成为激光工作介质材料领域的重要发展方向，在现代工业、医学、科学研究和国防军工等各个方面都有着重要应用。由于磷酸盐玻璃具有发射截面大和荧光寿命长等优点，一直以来，磷酸盐系统都是掺Yb³⁺激光玻璃的首选基质材料，但磷酸盐玻璃的结构单元[PO₄]四面体中含有一个P=O双键，致使磷酸盐玻璃呈层状或链状结构，这种特殊的结构决定了其热-力学性能较差，限制了它在各方面的应用。本文以掺Yb³⁺磷酸盐、氟磷酸盐和硼磷酸盐三大体系激光玻璃材料为研究对象，采用传统熔融冷却方法制备了三大体系的激光玻璃材料，利用IR、Raman、X-ray衍射分析、吸收和发射光谱等手段系统研究了三大体系激光玻璃的组成-结构-性能三者之间的相关性，探索了Al₂O₃、B₂O₃、ZnO和氟化物等组分对激光玻璃结构和性能的影响，发现了碱金属和碱土金属离子与掺Yb³⁺激光玻璃热-力学性能和光谱性能之间的变化规律，提出了B₂O₃-P₂O₅-ZnO系统玻璃的定量结构模型，综合比较了三大类激光玻璃材料理化性能的差异，获得了综合理化性能与QX／Yb和FP可比的新型激光玻璃材料。主要研究结果如下：1)在P₂O₅-Al₂O₃-（Nb₂O₅+La₂O₃+B₂O₃）-K₂O-BaO-Yb₂O₃系统磷酸盐玻璃中，引入Al₂O₃有助于改善玻璃热-力学性能，Al₂O₃的含量为7mol％时，玻璃有最好的热-力学性能。随Al₂O₃含量从7mol％到13mol％，非线性折射率n₂逐渐降低，而增益系数σ_emi·τ_m逐渐增大。2)在P₂O5-Al₂O₃-（Nb₂O₅+La₂O₃+B₂O₃）-R₂O／MO-Yb₂O₃（R为Li、Na和K，而M为Mg、Ca、Sr、Ba和Zn）系统玻璃中，随阳离子的场强Z／r²增大，玻璃的热-力学性能按K⁺＜Na⁺＜Li⁺和Ba²⁺＜Sr²＜Ca²⁺＜Zn²⁺＜Mg²⁺的顺序变好，玻璃的光谱性能则随阳离子场强Z／r²的增大而变差，而场强Z／r²较小的K₂O和BaO玻璃表现出最好的光谱和激光性能。3)在多系统氟磷酸盐玻璃中，随氟化物（LiF和CaF₂）取代修饰体氧化物（Li₂O和BaO），玻璃的热-力学性能逐渐改善，非线性折射率n₂、积分吸收截面∑_abs、发射截面σ_emi和增益系数σ_emi·τ_m逐渐增大；碱金属或碱土金属氟化物种类和含量对玻璃的性能也有影响，氟化物阳离子场强Z／r²较大的玻璃具有较好的热-力学性能，与低含量氟化物玻璃相比，氟化物含量较高时的积分吸收截面∑_abs和发射截面σ_emi都明显增大，但氟化物种类对光谱性质的影响不大。4)在P₂O₅-B₂O₃-（Nb₂O₅+Al₂O₃）-（K₂O+BaO）-Yb₂O₃系统玻璃中，当B／（B+P）值超过0.33时将会失透。而在B₂O₃-P₂O₅-ZnO系统玻璃中，由于Zn²⁺在硼磷酸盐玻璃中特殊的配位结构，玻璃的形成范围大大增加，B／（B+P）值超过0.4时仍未失透。另外，由xB₂O₃-（60-x）P₂O₅-40ZnO（x=5，10，15，20和25mol％）系统玻璃的定量结构模型可知，当x≤20mol％时，由于B₂O₃中的B³⁺优先形成[BO₄]，使玻璃的三维网络结构得到加强，ZnO充当网络修饰体进入网络空隙，对玻璃网络结构有断网作用：当x＞20mol％时，由于带负电荷的[BO₄]之间不能直接相连，过量的B³⁺以[BO₃]三角体形式存在，而Zn²⁺以[ZnO₆]八面体形式填充在网络间隙。5)在硼磷酸盐玻璃中，由于P-O-B（4）键的形成，大大提高了玻璃的热-力学性能，甚至与硅酸盐玻璃的相当。由于硼磷酸盐玻璃中存在多种结构单元（如[BO₃]、[BO₄]和[PO₄]等），Yb³⁺离子周围配位场变得复杂，在xB₂O₃-（60-x）P₂O₅-40ZNO玻璃中，随X值增大，积分吸收截面∑_abs逐渐增大，但发射截面σ_emi在x=15mol％时有极大值0.816pm²，因此这时玻璃具有最大的增益系数σ_emi·τ_m。6)通过对三个系统激光玻璃性能的比较，按磷酸盐＜氟磷酸盐＜硼磷酸盐顺序，玻璃的热-力学性能逐渐改善，非线性折射率n₂按磷酸盐＞氟磷酸盐＞硼磷酸盐的顺序降低，三种玻璃中氟磷酸盐玻璃具有最大的积分吸收截面∑_abs、发射截面σ_emi和增益系数σ_emi·τ_m。与国外的QX／Yb和FP激光玻璃相比，氟磷酸盐玻璃Ⅲ-2样品和硼磷盐玻璃BPZ3样品的综合性能优于FP玻璃的，与QX／Yb玻璃相近，有望用于二极管抽运固体激光器的工作介质。