近红外二区（NIR-Ⅱ）金纳米团簇（Au NCs）具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性，已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的合成方法，讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次，介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的表面调控技术，讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法，以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后，总结了NIR-Ⅱ Au NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后，讨论了NIR-Ⅱ Au NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。

稀土离子掺杂纳米颗粒具有稳定、窄带、多色的发光特性，相比量子点和染料分子，更不容易受到串扰、光闪烁、光漂白等效应的影响，因此受到广泛关注。然而，稀土离子的长荧光寿命（微秒至毫秒级）、低量子产率、弱荧光强度以及非定向发射等，限制了其在时间依赖纳米光子器件中的应用。等离激元纳腔耦合了光场和电子激发，有利于显著压缩荧光寿命、提高量子产率、增强上转换发光效率，并有效调控其发射方向。本文综述了纳腔调控稀土离子发光的有效途径及其相关研究进展，着重介绍了纳腔调控稀土离子产生亚50 ns超快上转换发光的工作，并对其在单光子源、量子通信和纳米激光器等方面的应用进行了展望。

声学分辨率光声显微技术具有较高的光学对比度和声学分辨率以及大穿透深度等优势，是一种具有广阔应用前景的生物医学成像技术。聚光镜聚焦与单侧侧面激发等传统的激发方式具有光斑不均匀、存在光学热噪点、光能利用率低等不足，在一定程度上限制了声学分辨率光声显微技术的临床前和临床应用。本团队通过改进声学分辨率光声显微镜的激发方式，由单侧激发改为双侧激发，提升了成像过程中光束对复杂生物组织的覆盖面积，从而提升了成像质量。结果表明，双侧激发方式使得声学分辨率光声显微镜在复杂生物样品成像过程中可以获得更高的对比度和信噪比，成像性能更好。

应用激光光谱学方法, 研究了铜表面Rh6G分子的荧光增强效应对于金属衬底表面所形成的氧化层的依赖关系, 探索了由于空气氧化而形成的氧化层在表面荧光增强效应中的重要意义和作用机理.实验采用罗丹明6G荧光探针分子, 在532 nm连续光激发下, 研究机械抛光铜金属衬底在经历不同氧化时间, 对吸附其表面的Rh6G分子的荧光增强效果.研究结果表明, 适当控制金属样品表面的氧化时间, 金属铜表面对若丹明分子的荧光发射表现出猝灭和增强效应.金属氧化层起到了隔离荧光分子与金属表面的作用, 减弱了由于激发态荧光分子向金属转移非辐射能量和在金属表面诱导反向偶极子而产生的荧光猝灭效应, 从而提高了纯金属铜表面荧光增强辐射行为.因此在微纳金属衬底的荧光增强效应研究中, 采用适当的实验手段, 精确控制隔离层间距, 是表面增强光谱获取的重要途径之一.

采用物理吸附法，在机械抛光纯银表面引入对巯基苯胺(p-Amiothiophenol,PATP)分子充当隔离层，运用激光光谱学方法研究隔离层对位于银表面附近的罗丹明6G(Rh6G)分子的荧光增强效应影响。实验结果表明，未经PATP分子修饰的机械抛光金属衬底对Rh6G分子表现为猝灭效应，而经过PATP分子修饰后的银表面对Rh6G分子的荧光发射具有增强效应。根据局域表面等离子共振及辐射能量转移模型对实验观测所得结果进行了分析研究，结果表明，PATP有机分子隔离层的引入有效地减小了荧光分子与金属衬底之间的无辐射能量速率，提高了荧光辐射强度。

稀土掺杂纳米体系的荧光发射过程主要取决于稀土离子的性质和基质结构。对于给定体系，可控荧光性能的构筑包括改变纳米颗粒自身性质和外部条件两个方面。改变颗粒自身性质的途径主要包括调节纳米晶体的成分、结构、掺杂元素的性质、浓度及颗粒的大小、形貌、表面修饰以及通过纳米金属结构实现的金属增强等。外部环境的改变则主要包括颗粒的环境温度和泵浦方式等。本文阐述了影响荧光发射的主要因素和调控荧光性质的主要途径, 并着重对晶体结构变化和稀土共掺杂所引起的局域对称性和相互作用变化进行讨论。

采用水热－烧结法制备了Sm3+/Eu3+共掺的LaOF纳米晶体颗粒, X射线衍射和透射电子显微镜表征结果显示, 所制备的LaOF晶体的平均颗粒直径在60～80 nm之间, 呈四方相, 均匀性和分散性良好。 通过442 nm连续光激发, 在LaOF∶Sm3+/Eu3+纳米体系中实现了Sm3+向Eu3+的能量传递。 运用光谱学方法对共掺纳米体系的荧光发射谱性质进行了分析, 探讨了Sm3+/Eu3+能量传递的机理和动力学过程。 实验结果表明, 随着共掺体系中Eu3+掺杂浓度的增加, Sm3+向Eu3+传递能量的效率增高。

研究了不同环境温度下晶体LaOF和非晶体SiO2纳米体系中掺杂Tm3+ 离子的荧光光谱。结果表明，在20~300 K的温度范围内，荧光谱线的宽度、强度以及谱线位置均随温度的升高而变化。发光离子的局域环境直接影响荧光光谱对环境温度的依赖程度：SiO2中发光离子的荧光寿命受温度影响较小，而位于晶相环境LaOF中离子的荧光寿命则显示较强的温度依赖特性，在脉冲激光激发条件下，研究了3H4能级荧光寿命随温度变化的规律。

应用激光光谱学的研究手段和方法，探讨了红色激光抽运Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换荧光辐射性质的影响因素. 通过变化基质和改变样品的环境温度，研究了声子能量大小对Tm3+离子掺杂纳米体系中上转换效率的影响.结果显示:合适声子能量可以有效提高Tm3+离子蓝色上转换效率.此外，依据声子能量与温度之间的联系，改变样品环境温度可调节低声子基质材料中Tm3+离子激发态能级的布居速率，改变上转换效率.

基质结构的变化为掺杂稀土发光离子提供了不同的局域环境, 从而为改变和影响掺杂离子的光发射性质提供了条件。本文采用激光光谱学的方法从实验上研究了基质变化对氟化物纳米晶体中的掺杂稀土Eu3+和Pr3+的光发射性质的影响规律, 以及同一基质中单掺杂和共掺杂稀土离子的光发射特性。结果发现：可通过变换基质和离子共掺杂来实现荧光谱线强度和色纯度的改进。依据掺杂离子的能级结构以及纳米晶体基质的对称性变化等因素, 对所观测到的实验现象进行了分析讨论。