稀土掺杂氟化物纳米晶具有优异的线性光子下转换和非线性光子上转换性质,在生物医学光学成像、多模态成像、太阳能电池、光动力治疗、光基因学领域具有广阔的应用前景。然而,纳米尺寸引起表面稀土离子的能量无辐射跃迁损耗以及亚晶格能量迁移损耗,极大限制了掺杂稀土离子发光的量子产率。我们利用种子介导生长湿化学法制备出一系列同质和异质核壳结构,成功地将近红外-到-近红外、近红外-到-可见、近红外-到-紫外上转换发光增强几十甚至上百倍,同时也将近红外-到-近红外下转换发光量子产率提高到40%。另外,利用核壳结构提供的空间限域功能和多种稀土离子掺杂,制备出宽带上转换多壳层核壳结构纳米晶,和兼具上转换和量子剪切功能的多壳层核壳结构纳米晶。此外,我们也将高效氟化物核壳纳米晶成功应用于深层组织高清晰光学成像、细胞内部光控释放、光控基因蛋白的激活、以及光声光谱等方面。