随着信息时代的不断发展,传统的掺铒石英光纤放大器由于有效放大波段主要在C+L波段（1530-1610nm）,不能充分利用光纤通信系统的传输带宽。而掺铋光纤放大器的增益带宽集中于1000-1500 nm和1600-1700 nm波段,可以有效覆盖光纤通信系统的带宽。因此制备覆盖1000-1700 nm波段的铋铒共掺石英光纤,为实现高效超宽带的光纤放大器和激光器提供了理想的有源材料。但是目前关于铋铒共掺石英光纤光学特性的理论研究很少,其发光机理仍然不明确。本文从理论上系统地研究了铋铒共掺石英光纤的几何结构、电子性质和光学特性,揭示了其发光机制。这将对工艺上提高铋铒共掺石英光纤的性能提供理论依据。本论文主要的研究内容和研究成果如下:（1）铋铒共掺石英光纤的结构特性研究。基于分子动力学方法设计了掺铋石英光纤模型、掺铒石英光纤模型和铋铒共掺石英光纤模型。通过对这些模型进行结构优化和几何结构分析,明确了铋铒共掺石英光纤模型的合理性和稳定性。研究发现铋铒共掺石英光纤模型的形成能随着Bi-Er键长的增加而减小。（2）掺铋石英光纤的光学特性研究。通过对比分析不同掺铋石英光纤模型的光学吸收谱,发现随着Bi原子数量的增加,光学吸收强度先增加后减小。通过分析电子性质,发现Bi原子6p轨道产生的新缺陷态是～500nm和～700 nm光学吸收的起源。通过分析能级跃迁,发现掺铋石英光纤模型中～1270 nm的近红外发光是Bi+离子的3P1→3P0跃迁引起的。（3）铋铒共掺石英光纤的光学特性研究。通过对比光学吸收谱,发现500 nm左右的吸收峰是由Si-O-Bi-Er和Si-Bi-Er团簇模型共同作用引起的,而～700 nm的吸收峰是由Si-O-Bi-Er团簇模型引起的,～800nm的吸收峰是由Si-Bi-Er团簇模型引起的。通过分析能级跃迁,确定了 Bi+离子和Er3+离子之间的能量传递过程,并揭示了～1270 nm的发光源于Bi+离子,～1530 nm的发光源于Er3+离子。