Оптические волоконные лазеры в диапазоне 2 мкм обладают стратегической значимостью благодаря таким преимуществам, как безопасность для человеческого глаза, высокая атмосферная проницаемость и сильное поглощение водяных молекул, что делает их незаменимыми в областях точных датчиков, высокотехнологичной медицины, космической оптической связи и обороны. Тем не менее, предсказуемость проектирования высокоэффективных среднеинфракрасных стеклянных материалов остается вызовом. В данной работе на основе термодинамического подхода и целенаправленных экспериментов исследован стеклообразующий регион (сокращённо – регион формирования стекла) в трехкомпонентной системе BaO-ZnO-GeO₂, и отобран базовый состав 60GeO₂-20ZnO-20BaO с высокой термической стабильностью. На основе систематических экспериментов с градиентом концентрации установлены оптимальные концентрации легирования Yb₂O₃ и Ho₂O₃ на уровне 1 моль% и 0,75 моль% соответственно. При возбуждении лазером 980 нм данное стекло демонстрирует сильное флуоресцентное излучение в диапазоне 2 мкм (Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈) с временем жизни флуоресценции 2,92 мс. Максимальные сечения поглощения и испускания для Ho³⁺ составляют соответственно 4,24×10^-21 см² и 4,35×10^-21 см², что является высоким показателем среди подобных стеклянных систем. Дополнительно с помощью расширенного интегрального метода перекрытия количественно раскрыт механизм передачи энергии, ассистируемый фононами, в котором коэффициент передачи энергии от Yb³⁺：²F_5/2 к Ho³⁺：⁵I₆ равен 9,88×10^-41 см⁶/с; доминирует однофононный процесс (86,37%), а эффективность прямой передачи примерно на два порядка выше обратной (Ho³⁺：⁵I₆→ Yb³⁺：²F_5/2), что способствует снижению потерь энергии возвратным переносом. Полученные результаты показывают, что на основе термодинамического дизайна отобранное совместно легированное стекло BaO-ZnO-GeO с Yb³⁺/Ho³⁺ обладает превосходными спектральными характеристиками и эффективной передачей энергии в 2 мкм диапазоне, что открывает перспективы его применения в качестве усилительного материала для среднеинфракрасных лазеров и служит ориентиром для разработки аналогичных стекольных систем.

Стекло BaO-ZnO-GeO; Термодинамическое предсказание; Совместное легирование Yb³⁺/Ho³⁺; 2 мкм излучение; Фонон-ассистированная передача энергии