上转换发光（UCL）材料在红外探测、分子识别、生物荧光标记和三维显示技术中具有巨大的应用潜力。本论文针对目前UCL应用领域对高物理化学稳定性、高色纯度和高发光效率的迫切需求,以及缺少粉体材料在1550 nm红外激发下上转换发光的相关研究结果等问题,采用共沉淀法和固相法成功制备了稀土离子掺杂的单元、多元氧化物及硫氧化物UCL材料，对其发光性能进行了优化,同时详细讨论了不同稀土离子发光过程的跃迁机制,主要工作包括:采用共沉淀法制备了平均粒径约30 nm,分散良好的类球形Y₂O₃:Er³⁺,Yb³⁺纳米晶。提高焙烧温度可获得高结晶性,有利于UCL的提高。在980 nmLD激发下,呈现Er³⁺离子特征上转换发射,发射峰位于530、550和660 nm附近,分别对应于 Er³⁺的 2H11/2→⁴Ⅰ15/2、4S3/2→⁴Ⅰ15/2 和 4F9/2→⁴Ⅰ15/2 跃迁。而 1530nm 下转换红外发射则源于Er³⁺离子⁴Ⅰ13/2→⁴Ⅰ15/2跃迁。纳米Y₂O₃的声子环境和较小的空间尺度使得Er³⁺猝灭浓度仅为1.0mol%。较高浓度的Yb³⁺（6mol%）在提高Yb³⁺→Er³⁺能量传递效率的同时,亦可增强4S3/2(Er³⁺)→2F7/2(Yb³⁺)能量反传递过程,导致绿光发射猝灭,获得高色纯度的红光发射（ⅠR/ⅠG=19.55）。借助1530nm红外发射的监测结果,对Yb³⁺-Er³⁺体系在Y₂O₃纳米晶中的跃迁机制进行了完善和补充。以Y₂O₃纳米晶为前躯体,利用固-气硫化工艺制备出六角晶系结构、约40 nm的类球形Y2O2S:Ho³⁺,Yb³⁺纳米晶。在980nm LD激发下,白天肉眼可见明亮的绿色上转换发光,纳米晶特征发射峰位于545nm、655 nm和1180 nm,分别对应Ho³⁺离子5F4/5S2→5Ⅰ8、5F5→5Ⅰ8和5Ⅰ6→5Ⅰ8辐射跃迁。Yb³⁺浓度增大,能量传递效率提高,绿、红光发射随之增强。但纳米晶表面吸附的高能振动量子导致多声子弛豫几率较大,红光发射很难抑制,纳米晶的ⅠG/ⅠR值仅能达到3.75（约是微米Y2O2s的1/12）。当浓度高于6mol%时,（5F4/5S2,2F7/2）→（5Ⅰ6,2F5/2）能量反传递过程引起浓度猝灭,而5Ⅰ6能级布居数的增大却增强了红外发射强度。采用同样的共沉淀法制备了 30 nm左右的类球形Y203:Tm³⁺,Yb³⁺纳米晶。在980 nm激发下,呈现Tm³⁺离子典型的特征发射,峰位在475和650nm附近,分别对应于Tm³⁺的1G4→3H6和1G4→3F4跃迁。较高的焙烧温度,有利于纳米晶的晶化和UCL强度的提高。跃迁机制分析表明,纳米晶上转换发光由Yb³⁺→Tm³⁺三步能量传递实现。3mol%的Yb³⁺掺杂可获得最高的发光强度。Tm³⁺的红光发射被很好的抑制,获得了高色纯度的蓝光发射。与Y203:Er³⁺,Yb³⁺和Y202S:Ho³⁺,Yb³⁺纳米晶一起构成了上转换三基色纳米级发光材料。采用固相法成功制备了全新的Er³⁺,Yb³⁺双掺的Ba5Zn4Y8O21上转换发光粉,平均粒径1～5μm,呈碎颗粒状。980 nm红外激发下的UCL测试结果表明.不同掺杂条件下,发光粉呈现典型的Er³⁺离子特征发射。Er³⁺离子最佳掺杂浓度3 mol%,与7 mol%Yb³⁺共掺后可获得最高强度的UCL发射。高掺杂浓度提高了⁴Ⅰ11/2(Er³⁺)+ 4F7/2(Er³⁺)→ 4F9/2(Er³⁺)+ F9/2(Er³⁺)交叉弛豫和 4S3/2(Er³⁺)+ 2F7/2(Yb³⁺)→ ⁴Ⅰ13/2(Er³⁺)+ 2F5/2(Yb³⁺)能量反传递的效率,使得红光发射强度明显强于绿光,ⅠR/ⅠG=12.0。提高激发光功率密度不仅可以使UCL增强,还可以提高红光色纯度。在高功率激发下,观察到了三光子吸收产生的蓝光和蓝绿光发射。制备了 Er³⁺单掺的Ba₅Zn₄Y₈O₂₁上转换发光粉,系统研究了 1550nm红外激发下发光粉的上转换发光特性,并与980 nm激发下的发光性能进行了比较。在1550 nm激发下,Er³⁺离子典型红光和绿光发射的峰位并没有变化。当掺杂浓度为7 mol%时,上转换发光最强。功率密度与发射强度曲线表明,红光和绿光发射均为三光子吸收过程,借此详细讨论了跃迁机制。Er³⁺离子⁴Ⅰ11/2能级远高于419/2能级的寿命使得红光发射强度始终是绿光发射强度的4～6倍。高的激发功率密度可以提高419/2能级的激发态吸收效率,一定程度上提高绿光比重。借助Yb³⁺离子共掺杂引入了 Er³⁺→Yb³⁺能量反传递,成功削弱了绿光发射。Yb³⁺离子浓度大于15mol%时,可实现纯度极高的红光发射,ⅠR/ⅠG=62.28。激发功率密度高于700 mW/cm2时,可观察到2H9/2→4115/2和4F5/2→4115/2跃迁产生的405～420 nm蓝光和460 nm左右的蓝绿光发射,以及⁴Ⅰ_9/2→4115/2跃迁产生的810 nm近红外发射。