合作量子跃迁是几个相同的离子（或原子）共同跃迁,并同时跃迁发射或吸收一个光子或者将跃迁能量之和传递给另外一个离子（或原子）,其发射或吸收的光子能量等于全部离子跃迁能量之和。合作量子跃迁包括合作发光、合作吸收和合作能量传递等跃迁过程。本文利用3-Yb³⁺离子团簇(Yb³⁺离子三聚体,或称Yb³⁺-trimer)的合作能量传递获得了以下创新性成果。1、利用978 nm近红外光激发样品CaF₂:Pb²⁺,Yb³⁺,我们首次观察到了室温下二价Pb²⁺离子在383 nm附近的紫外上转换发光。该发射峰对应于Pb²⁺离子的³P0?¹A_1g（¹So）跃迁。瞬态光谱测量表明:Pb²⁺离子的激发来自Yb³⁺离子三聚体的合作敏化。随着Pb²⁺离子的掺入,Yb³⁺离子三聚体和Yb³⁺离子二聚体(2-Yb³⁺离子对,或Yb³⁺-dimer)都遭到了结构性破坏,造成了它们的合作发光减弱。2、利用978 nm近红外光激发,我们首次观察到了室温下CaF₂:Cu²⁺,Yb³⁺中二价Cu²⁺离子的上转换发射。上转换发射波长在420 nm附近,对应于Cu²⁺离子的3d94s?3d10跃迁。瞬态测量表明Cu²⁺离子的激发来自三个Yb³⁺离子的合作能量传递,即来源于3-Yb³⁺离子团簇的合作敏化。另外,我们研究了合作敏化上转换发光的结构性破坏荧光猝灭问题,对因其它离子的掺入而造成的合作发光猝灭和合作敏化猝灭给予了合理的解释。随着Cu²⁺离子掺杂浓度的增加,Yb³⁺离子团簇的合作上转换发光和Cu²⁺离子的上转换发光都会减弱直至消失。我们还观察到了Cu²⁺离子掺杂浓度和测试温度对上转换发光光谱的影响以及分析了JahnTeller效应引起的Cu²⁺离子3d9（420 nm）能级的劈裂问题。3、我们用近红外光激发观察到了室温下SrF₂:Yb³⁺中Yb³⁺离子三聚体的合作发光。SrF₂:Yb³⁺是观察到Yb³⁺离子三聚体的合作发光的第二种粉末样品。我们比较了CaF₂:Yb³⁺和SrF₂:Yb³⁺两种材料中Yb³⁺离子二聚体和Yb³⁺离子三聚体的发光强度;讨论了CaF₂:Yb³⁺中Yb³⁺离子二聚体和Yb³⁺离子三聚体的发光强度大于SrF₂:Yb³⁺的原因。4、我们发现在Al³⁺或La³⁺离子掺入的Ca F₂:Yb³⁺材料中,Yb³⁺离子二聚体和Yb³⁺离子三聚体都遭到了结构性破坏,造成了它们的合作发光减弱。随着Al³⁺或La³⁺离子的掺杂浓度的提高,Yb³⁺离子二聚体和Yb³⁺离子三聚体荧光寿命变长。我们首次提出了结构性破坏荧光猝灭的概念,对因其它离子的掺入而造成的合作发光猝灭给予了合理的解释。因该种荧光猝灭是由于发光中心遭到破坏而引起的,所以属于静态荧光猝灭。5、在CaF₂:Yb³⁺材料中,随着Li⁺、Na⁺、K⁺等一价阳离子掺杂浓度的增加Yb³⁺离子二聚体和Yb³⁺离子三聚体的发光强度先增强后减弱,而它们的荧光寿命先减小后增加。另外,我们进一步地研究了合作上转换发光的结构性破坏荧光猝灭问题,对因其它离子的掺入而造成的合作发光猝灭给予了合理的解释。6、人们利用很多材料实现了上转换发光,但到现在为止还没有人报道过天然矿石的上转换发光现象。我们用不同浓度的Yb³⁺离子掺杂天然萤石（CaF₂）,获得了萤石:Yb³⁺粉末样品。利用978 nm光激发,我们首次观测到了室温下天然矿石中2-Yb³⁺离子对的合作上转换发光。利用合作发光结构性破坏荧光猝灭的概念,我们讨论了萤石:Yb³⁺样品中只获得2-Yb³⁺离子对上转换发光而没有获得3-Yb³⁺离子团簇上转换发光的原因。7、利用Eu³⁺离子和Yb³⁺离子共掺杂天然方纳石（Na₈Al₆Si₆O₂4Cl₂）粉末材料,在978 nm近红外光激发下,我们首次观察到了Eu³⁺离子的可见区上转换发光,并研究了2-Yb³⁺离子对和Eu³⁺离子之间的能量传递过程。上转换发射强度随激发光密度变化的函数拟合曲线表明,峰值位于613 nm的Eu³⁺离子上转换发射是一个双光子过程。