稀土离子以其特有的电子结构和发光特性被广泛应用于各种发光材料。稀土离子的发光主要是通过其内部4f电子在不同能级之间跃迁产生,具有荧光特性好、发光色度纯、物化性质稳定、能量转换效率高等特点,因此被广泛应用于激光光源、光纤通讯、彩色显示、医学成像、生物标签等领域。在稀土离子掺杂材料发光性能的研究中,大多数工作采用连续激光作为激发光源。随着超短脉冲激光技术的发展,飞秒激光脉冲逐步成为新的激发光源。飞秒激光具有脉冲时间短、峰值功率高和光谱范围宽等优点,作为稀土离子掺杂发光材料的激发光源具有独特的优势。本论文主要研究通过调制飞秒激光的偏振、相位等参数,来控制掺杂稀土离子的吸收激发、离子间能量转移等影响其发光性能的物理过程,从而实现对材料发光强度的调控和发光色彩的调谐。主要的研究工作如下:1、研究了在中等强度800nm飞秒激光场激发下,激光偏振对掺杂Sm3+玻璃样品上转换发光强度的影响。研究表明,激光偏振对发光强度的调制效率随着激光功率的增加而逐渐降低。我们利用基于四阶微扰理论的多光子吸收模型进行了相应的理论计算。计算结果表明,随着激光功率的增加,双光子吸收激发路径与四光子吸收激发路径之间的干涉相消逐渐增强,从而导致了偏振控制效率的降低。2、研究了在π相位阶跃调制的800 nm飞秒激光激发下,Sm3+掺杂的硼铝酸钠玻璃中Sm3+到Sm2+的价态转换过程。实验结果表明,通过改变π相位阶跃调制的激光波长位置可以有效地控制Sm3+到Sm2+的价态转换效率。选择合适的激光波长位置对飞秒脉冲进行π相位调制,获得的离子价态转换效率可以和转换极限脉冲（Transform-limited pulse）激发下的效率相当,而π相位调制整形后的飞秒脉冲峰值功率仅为转换极限脉冲的37%。激光峰值功率的降低,可以有效地避免玻璃样品的光损坏,这对提高离子价态转换效率,开展实际应用具有重要的意义。同时,我们提出的（2+1）共振中介三光子跃迁模型很好地解释了实验所观察到的现象。3、基于自适应反馈飞秒脉冲整形技术,研究了玻璃陶瓷中多光子激发的Tm3+和Yb3+离子间的逆向能量转移过程。提出了高激发态Tm3+和基态Yb3+离子间新的能量转移通道,并研究了样品发光强度（效率）对激光强度和激光偏振的依赖关系。实验结果和理论模型的分析相吻合。4、结合条纹相机和光谱仪,研究了400 nm飞秒激光场激发下NaYF4玻璃中掺杂Er3+的发射荧光谱随时间的演变过程。通过对比不同离子掺杂浓度下的荧光寿命和强度,在实验上证实了掺杂Er3+离子间新的交叉弛豫（Cross relaxation）通道。