2 μm波長帯のファイバーレーザーは、人の目の安全性、大気中の高い透過率、水分子の強い吸収などの利点を兼ね備え、精密センサー、高度医療、宇宙光通信、防衛安全などの分野で不可欠な戦略的応用価値を持つ。しかし、高性能な中赤外利得ガラス材料の予測的設計は依然として課題である。本論文は、バリウム亜鉛ゲルマネート（GeO₂-ZnO-BaO）三元系を基に、熱力学的方法とターゲットを絞った実験を用いてそのガラス形成領域（以下成ガラス領域）の予測および検証を行い、その中から熱安定性に優れた60GeO₂-20ZnO-20BaOを基質ガラス成分として選定した。これを基に、体系的な濃度勾配実験によりYb₂O₃とHo₂O₃の最適ドープモル分率をそれぞれ1％と0.75％に決定した。980 nmレーザー励起下で、本ガラスは2 μm波長帯（Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈）にて強い蛍光発光を示し、蛍光寿命は2.92 msに達した。Ho³⁺の最大吸収および発光断面積はそれぞれ4.24×10^-21 cm²と4.35×10^-21 cm²で、同種のガラス系中で高い水準にある。さらに拡張重なり積分法により、当該系におけるフォノン補助エネルギー伝達機構を定量的に解明し、Yb³⁺：²F_5/2→Ho³⁺：⁵I₆のエネルギー伝達係数は9.88×10^-41 cm⁶·s^-1であり、単フォノン補助過程が主（86.37％）で、正方向伝達効率は逆方向過程（Ho³⁺：⁵I₆→Yb³⁺：²F_5/2）より約2桁高く、エネルギー逆流損失の低減に有利である。以上の結果は、熱力学的設計に基づくYb³⁺/Ho³⁺共添加バリウム亜鉛ゲルマネートガラスが、2 μm波長帯において優れたスペクトル特性と効率的なエネルギー伝達特性を有し、中赤外レーザー増幅材料としての応用可能性を持ち、関連ガラス系の設計に参考資料を提供することを示している。

バリウム亜鉛ゲルマネートガラス; 熱力学予測; Yb³⁺/Ho³⁺共添加; 2 μm発光; フォノン補助エネルギー伝達