本论文结合当前光通信材料发展的趋势，主要研究掺铒和钕的氟磷玻璃及掺铒重金属氧氟玻璃的物理化学和光学光谱特性，为其在光纤放大器和激光器中的潜在应用提供基础。全文分为五章： 第一章首先概述本研究的背景。主要介绍氟磷玻璃的结构和性质特点及其作为激光器和放大器基质材料的应用研究进展和上转换发光及其基质材料的研究进展。 第二章介绍本文的研究方法和理论依据，包括实验的样品制备、性质测试及Judd-Ofelt和McCumber理论。 第三章为本文的主要工作，对Er3+单掺和Er3+/Yb3+共掺AlF3-RF-MF2-Al(PO3)3(R=Li，Na，M=Mg，Ca，Sr，Ba)氟磷玻璃的物理化学和光学光谱性质作了较为系统的研究，并初步拉制出稀土离子(RE3+)掺杂的氟磷玻璃光纤。研究发现Er3+在氟磷玻璃中发生浓度猝灭的临界值为2.25×1020cm-3。确定了在Er3+较高浓度掺杂时的Yb3+共掺的浓度比例，Yb3+/Er3+为3～4时可以获得最佳的光学光谱性能。通过Ce3+的适量引入有效抑制了Er3+在977nm激发时的上转换发光，并可在一定程度上提高Er3+1.53μm波段的发光性能。同时确定了最佳浓度掺杂比例为Ce3+/Er3+=2。此外，系统研究了网络修饰体组分碱和碱土金属氟化物对氟磷玻璃物理和光谱性质的影响。发现混合碱效应有助于提高氟磷玻璃系统的抗析晶性能。提出碱和碱土金属等网络修饰体离子可能因改变了氟磷玻璃网络结构的致密程度而影响Er3+配位键的共价度乃至自发辐射几率，致密度在氟磷玻璃中按照离子半径增大顺序增大，而自发辐射几率又随致密度的增大而增大。实验发现Er3+1.5μm波段的有效线宽按照碱和碱土金属阳离子场强增大的顺序增大，而该波段发射截面则与之相反，综合比较认为KF和SrF2含量高的光纤放大器可能会有更好的增益和带宽性能。采用管棒法成功拉制了稀土离子掺杂的氟磷玻璃光纤。实验发现Ce3+共掺可以在不影响抗析晶性能的前提下提高光纤的有效线宽和荧光寿命，从而有可能得到更宽的放大带宽和更好的增益性能。 第四章系统性研究了掺钕AlF3-RF-MF2-Al(PO3)3(R=Li，Na，M=Mg，Ca，Sr，Ba)氟磷玻璃发光性能。研究发现1.3μm波段的发射峰波长和网络修饰体的阳离子半径间有较明显的依赖关系，随网络修饰体阳离子半径的增大，发射峰波长有红移趋势，峰值波长变化幅度最高达6nm，最短发射峰波长为1319nm。研究表明Nd3+4F3/2→4I13/2和4F3/2→4I11/2跃迁的荧光寿命和量子效率可能受混和碱效应的影响，不含碱金属氟化物的样品荧光寿命最大、量子效率最高而含有一种碱金属氟化物的样品最低，碱金属中K+对Nd3+的荧光寿命和量子效率有明显的降低作用。 第五章着重研究了掺铒重金属氧氟玻璃Ga2O3-GeO2-Bi2O3-PbO-PbF2(GGBPF)和GeO2-Bi2O3-PbO-PbF2(GBPF)玻璃物化和光学光谱特性。研究发现PbF2部分替代PbO(最多至15mol％)会降低GGBPF玻璃系统的转变温度和析晶开始温度，但对整个系统的抗析晶性能没有大的影响。1.5μm波段GGBPF和GBPF系列具有高的发射截面，分别在10.32～12.46×10-21cm2和7.04～8.84×10-21cm2范围内变化，是一类有潜质的高增益短光纤放大器候选材料。此波段GBPF系列的有效线宽则普遍超出GGBPF系列大约8nm，其最大有效线宽为64.5nm。在977nm激光二极管泵浦下，GGBPF和GBPF系列玻璃样品中都存在较强的上转换发光现象，或可作为高效上转换发光候选材料。发光强度随PbF2的不断替代而增强，上转换红绿比迅速增大，可能是因为随PbF2替代，玻璃系统的最高声子能量有所降低，Er3+4F9/2能级布居增加，导致4F9/2→4I15/2红光发射的几率大大增加。