激光玻璃是激光武器、激光核聚变以及光纤激光器的核心材料,随着社会进步和科技发展,对激光玻璃性能计算及其快速研发变得至关重要。目前,激光玻璃的研发主要依靠经验和试错法,该方法存在研发周期长、成本高和效率低等问题,从而限制了激光玻璃及其应用领域的发展。如何从少量数据出发实现激光玻璃的性能计算以及高效研发已成为玻璃材料领域亟待解决的关键科学问题。近年来,材料基因工程的提出为新材料的研发提供了新的研究理念。本文基于材料基因工程研究理念和玻璃相图结构模型,创新性提出玻璃基因方法来进行激光玻璃的性能计算和组成优化。为验证玻璃基因方法的有效性,首先在普通的磷酸盐激光玻璃中进行性能计算和实验验证。随后将玻璃基因方法推广到拥有反常性能的硼酸盐和锗酸盐激光玻璃中进行性能计算和实验验证。最后,基于玻璃基因方法评估出高性能激光玻璃组成,制备出高增益的组分复合玻璃光纤。具体的研究内容和取得的研究成果有:（1）提出了玻璃基因方法来计算激光玻璃的性能。通过第一性原理计算数据和相图数据构建玻璃体系对应的组成图,将组成图中的同成分熔融玻璃态化合物作为玻璃基因,依据玻璃基因的性能计算激光玻璃的物理性能和发光性能。即以同成分熔融玻璃态化合物作为桥梁,实现了激光玻璃的性能计算和组分优化。（2）采用玻璃基因方法分别计算了Nd3+掺杂的磷酸盐激光玻璃（BaO-P2O5和BaO-Al2O3-P2O5）和硼酸盐激光玻璃（B2O3-Li2O和B2O3-Li2O-MgO）的物理性能和发光性能,并进行实验验证,实验结果与计算结果基本一致。此外,玻璃基因方法还能对R2O-B2O3硼酸盐玻璃的“硼反常”进行计算。表明玻璃基因方法是一种玻璃性能计算行之有效的方法。在Nd3+掺杂的BaO-Al2O3-P2O5三元磷酸盐激光玻璃中,得出发光性能较好的玻璃配方为10BaO-5Al2O3-84P2O5（mol%）。在Nd3+掺杂的B2O3-Li2O-MgO硼酸盐激光玻璃中,得出发光性能较好的玻璃配方为59B2O3-20Li2O-20MgO（mol%）。（3）采用玻璃基因方法计算了Tm3+掺杂的锗酸盐（BaO-Ge O2、BaO-La2O3-Ge O2和BaO-Ga2O3-Ge O2）激光玻璃的发光性能,并进行实验验证,计算结果与实验结果的相对误差总体在10%以内。在BaO-La2O3-Ge O2激光玻璃体系中,优选出的激光玻璃配方为15BaO-5La2O3-79.2Ge O2（mol%）。在BaO-Ga2O3-Ge O2激光玻璃体系中,优选出的激光玻璃配方为10BaO-15Ga2O3-74.2Ge O2（mol%）。采用玻璃基因方法计算了Li2O-Ge O2,Na2O-Ge O2玻璃体系的密度和折射率,密度、折射率计算值与实验值间的最大相对误差分别为-2.83%和-1.32%。此外,还能观察到“锗反常”现象。玻璃基因方法计算出Li2O-Ge O2、Na2O-Ge O2玻璃体系的反常点分别出现在碱金属加入量为19 mol%和16 mol%时,表明玻璃基因方法可对锗反常进行计算。（4）采用玻璃基因方法对高增益玻璃光纤进行设计。基于玻璃基因方法评估出Tm3+掺杂Y2O3-Al2O3-Si O2硅酸盐激光玻璃中发光性能较好的玻璃配方。然后以Tm:YAG作为初始拉丝材料,通过控制拉丝工艺调控纤芯熔融法中元素扩散成功制备了高增益的组分复合玻璃光纤,得出纤芯配方为6.49Y2O3-14.15Al2O3-77.11Si O2-2.25Tm2O3（mol%）,测得其1950 nm单位长度增益为2.7 d B/cm,是目前报道的该类型光纤在2μm波段实现的最大单位长度增益。用2 cm长的该增益光纤构建了分布布拉格反射型（DBR）光纤激光器。在1610 nm泵浦下,实现了135 m W的1950 nm单频激光输出。此外,基于该组分复合玻璃光纤,实现了2μm波段皮秒脉冲激光输出,其重复频率为26.45 MHz,脉冲宽度为380 ps。