通过高温固相烧结法制备出一系列Si掺杂的Bi_3.79Er_0.03Yb_0.18Ti_2.97W_0.03O₁₂∶xSi荧光体，探索其结构和上转换荧光性能。实验与测试结果表明，在不同气氛下制备的Bi_3.79Er_0.03Yb_0.18Ti_2.97W_0.03O₁₂∶xSi荧光体均为单一层状类钙钛矿结构的Bi₄Ti₃O₁₂相。Si在荧光体中以Si⁴⁺为主，说明即使在氩气氛围中，掺入的大部分Si也发生了氧化。Si掺杂增加了材料的致密性和表面平整度，同时减小了材料的光学带隙并增强了光吸收。在980 nm红外光激发下，所有样品的上转换发射光谱均显示以525 nm、545 nm和765 nm为中心的三个发射带，分别对应Er³⁺4f电子层内的电子跃迁。掺硅6%摩尔分数的样品的发光强度和荧光寿命约为未掺杂Si的样品2倍，表明Si掺杂可以明显提升稀土掺杂钛酸铋基荧光体的光致发光性能。

为探究二维层状过渡金属硫化物的激子效应, 尤其是上转换过程, 以层状 WS2 样品为例开展了研究。利用 532 nm 连续激光和显微拉曼技术, 探究了 WS2 晶体中 X0、X- 激子态物理起源和基本物理性质。利用 633 nm 连续激光, 实现了 WS2 晶体的单光子上转换荧光增强, 证实了其背后的双共振物理机制, 即入射光与 X- 激子态共振, 在光学 声子 A1g、E12g 的辅助下跃迁至高能级 X0 激子态, 最后自发辐射上转换荧光。此外, 进一步对双共振上转换荧光的影响因素进行了分析, 包括曝光时间、温度和激发功率。拟合结果表明适当增加曝光时间、减小环境温度和增加激发功率, WS2 的上转换荧光效率会得到提升。

采用简单的水热法合成了六角柱形NaErF4和NaErF4@NaYF4核壳上转换发光材料, 利用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和荧光光谱(PL)等表征对材料的形貌、结构和上转换发光性能进行了研究。结果表明, 纯NaErF4样品为六角柱形, 边长和厚度均为1 μm左右, 样品表面光滑。随着NaYF4壳层的包覆, 六角相NaErF4周围出现了大量的立方相NaYF4纳米颗粒, 得到了NaErF4@NaYF4核壳结构。荧光光谱表明, 通过在六角柱形NaErF4表面包覆NaYF4壳层, 可以有效增强上转换发光强度, 其中, 位于527, 543, 663 nm处的3个发射峰分别对应于Er3+的2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2能级跃迁。随着壳层中Y∶F比例的增加, 立方相NaYF4的晶体衍射峰逐渐增强; 同时, 对应的NaErF4@NaYF4样品发射光谱中红绿比(R/G)逐渐增大, 发光颜色也从绿色、经黄绿色逐渐向黄色过渡, 实现了多色发光。

稀土倍半氧化物单晶光纤材料凭借超高的熔点(~2 400 ℃)、稳定的物化性能以及灵活的结构被认为是极具潜力的高温传感介质。本文采用激光加热基座(LHPG)法, 成功生长了透明无开裂Dy3+离子掺杂的倍半氧化物单晶光纤Lu2O3 和Y2O3 。依据Dy3+离子的4I15/2和4F9/2能级为一对热耦合能级对(TCLs), 测试得到了430~520 nm波长范围内的下转换荧光光谱。荧光强度比(FIR)结果显示, 晶体在298~673 K温度范围内的荧光强度具有良好的温度相关性。其中Dy∶Lu2O3 在该范围内的最大相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.97%·K-1(315 K)和1.62×10-4 K-1(673 K), 展现出更为优异的温度传感性能。

以稀土氯化物为原料、油酸和十八烯为溶剂, 采用溶剂热法合成粒径为4.4 nm的β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+上转换荧光纳米粒子, 并将其分散于纤维素纳米晶（CNC）的悬浮液中, 随后通过蒸发诱导自组装制备了β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+/CNC胆甾型复合膜。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和荧光光谱等分析手段对制备样品的结构、形貌和性能进行分析。结果表明, 制备的NaGdF4∶Yb3+,Er3+上转换荧光纳米粒子的形貌为球形, 结构为纯六方相, 有良好的分散性, 其分散液在980 nm激光激发下发出肉眼可见的明亮绿光。与纳米纤维素溶液自组装后获得同时具有上转换发光和结构色的β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+/CNC胆甾型复合膜, 少量β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+的引入不改变纳米纤维素膜的胆甾型液晶结构。此外, 纳米纤维素膜作为一维光子晶体在一定程度上可实现对β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+荧光性能的调控, 使其禁带边缘的荧光强度增强2.7倍。

上转换荧光材料由于具有独特的反斯托克斯发射、激发光成像深、自发荧光低、物理化学性质稳定等特点，因此作为影像药剂被广泛研究，在生物医疗领域的应用也得到了不断的发展，但较低的发光效率制约了其发展。金属纳米粒子具有独特的局域表面等离子共振效应，可以有效地增强上转换荧光。本文主要综述离散偶极近似仿真对金属调制荧光的理论指导、实验验证和生物应用。离散偶极近似仿真能够计算纳米粒子电磁特性，可以预测等离子共振峰的位置和强度，从而指导设计金属增强稀土荧光的结构，并对其荧光性能进行测试验证。综述中共涉及了六种不同的稀土-金属复合结构，都获得了金属增强荧光的效果，并实现了其在生物成像和治疗领域的应用。

采用高温热熔融法制备了CdTe量子点掺杂的硅酸盐玻璃, 测试了其拉曼、吸收和发射光谱, 验证了量子点掺杂玻璃的量子尺寸效应。在飞秒激光（800 nm和960 nm）激发下, CdTe量子点掺杂玻璃产生了上转换荧光, 证明了其为双光子吸收诱导发光, 发现双光子荧光对激发波长有一定的范围要求, 测得CdTe量子点掺杂玻璃的非线性吸收系数可达3.62×10-11 m/W。

稀土上转换荧光材料因为其独特的4f电子能级排布所带来的特殊光学、磁性等物理性质而受到研究人员的广泛关注。特别是其独特的反斯托克斯光学性质所带来的近红外激光响应及紫外至近红外光区内丰富的荧光发射性质, 更是被认为在荧光标记、生物成像、光学分析等领域具有重大的应用潜质。近些年, 伴随材料软化学制备方法的进步, 稀土上转换纳米材料的发光性质及其在多个领域内的应用研究取得了很大的进展。本文主要对稀土上转换荧光材料的发光性质调变及其在生物成像以及癌症治疗领域的应用研究进展加以阐述。

为了实现对上转换荧光试纸条的定量检测, 研制了便携式上转换荧光试纸条检测仪, 并通过实际测试验证了仪器的主要性能。首先, 介绍了上转换荧光技术以及上转换荧光试纸条的测试原理, 描述了以光学扫描检测系统和电路系统为核心的便携式荧光试纸条检测仪的设计方案, 能够将试纸条的荧光信号转变为电信号并进行处理; 然后, 基于设计方案研制了检测仪样机, 并对实际检测试纸条采集到的信号进行优化; 最后, 对检测仪的性能进行了测试。测试结果表明: 仪器稳定、重复性好, 样本检测标准差小于0.004; 线性响应特性良好, 拟合出的浓度标准曲线决定系数为0.996 3。该检测仪结构精巧、功耗低、性能良好, 很好地满足了上转换荧光试纸条定量检测的需求。