随着科学技术的发展,船舶、汽车、飞机、运载火箭等载运工具装配了越来越多的电子装置,如何有效地解决众多电子装置集成化带来的散热问题,是保证电子装置长寿命,高效率,稳定运行的关键。因此,发展可应用于电子装置的高效制冷材料及制冷技术对载运工具的应用有着深远意义。激光制冷作为一种新型光学制冷技术,具有无震动、无噪音、无污染、质量轻、体积小、可靠性高以及寿命长等独特优点,可应用于船舶,航空航天器等载运工具搭载的电子装置局部制冷,因而受到了研究者们的广泛关注。本文系统研究了稀土离子Yb3+和Tm3+掺杂氟化物固体发光材料的光学跃迁性质。结合速率方程、粒子数布居以及非辐射跃迁对反斯托克斯荧光制冷的影响,完善了Er3+激光制冷理论模型。通过对Er3+掺杂氟化物晶体材料的光谱学分析,探索其实现激光净制冷的可行性。主要研究内容如下:（1）针对稀土离子Judd-Ofelt理论计算可靠性问题,开展Tm3+掺杂Li YF4单晶的Judd-Ofelt计算和温度传感特性研究,为激光制冷提供合理的理论依据。基于Tm3+掺杂Li YF4单晶的吸收光谱分析,通过将Tm3+不同吸收跃迁纳入光学跃迁计算的数值拟合中,得到了多组不同的Judd-Ofelt强度参数。理论分析了Li YF4单晶中Tm3+的Judd-Ofelt计算可靠性,并证实了在Judd-Ofelt计算中包含更多的吸收跃迁可以提高结果的可靠性,为今后Tm3+的光学跃迁特性研究提供了参考依据。基于上述Judd-Ofelt理论计算获得了Tm3+各个能级的理论振子强度、辐射跃迁几率及荧光分支比等重要光学参数特性。通过研究在不同温度下Tm3+掺杂样品的发射光谱,还发现可以将~3F2+~3F3→~3H6跃迁与~3H4→~3H6跃迁的荧光强度比用于温度检测,从而在激光制冷过程中实现温度的无接触自读取。（2）由于Yb3+的f-f光学跃迁只有单一激发态,不能直接进行Judd-Ofelt理论计算。针对这一关键问题,通过分析Na YF4:Er3+/Yb3+和Na YF4:Er3+粉末样品的漫反射光谱,根据Kubelka-Munk模型将漫反射谱转换成相应的吸收截面谱,再结合Judd-Ofelt理论以及Er3+中~4I13/2能级的荧光寿命分析,确定了相对吸收截面谱与绝对吸收截面谱的比例系数,进而还原两样品各能级的绝对吸收截面。以Er3+单掺样品作为中间媒介,根据爱因斯坦关系以及吸收截面与辐射跃迁几率之间的关系,最终确定了Yb3+的发射截面以及辐射跃迁速率,为Yb3+光学跃迁性质的理论研究提供了通用和可靠的方法。（3）研究了Er3+掺杂Li YF4单晶的净激光制冷以及温度传感特性。对Er3+中~2H11/2能级的反斯托克斯荧光发射进行了定量分析,利用Judd-Ofelt强度参数计算出了Er3+各个能级的理论振子强度、辐射跃迁几率和荧光分支比等光学参数特性。结合光谱学测试、荧光寿命分析以及能隙定理,确定了常温下Er3+不同能级的非辐射跃迁几率,进而获得其非辐射跃迁几率随温度的变化关系。结合热耦合能级的粒子布居概率,得到Er3+不同能级的粒子布居概率,再根据辐射跃迁几率获得了反斯托克斯荧光制冷能量数据。通过Er3+的~2H11/2及其下能级与~4I15/2能级之间每个能级的荧光猝灭行为研究了系统的热效应,从而得到了非辐射跃迁产生的热量数据。通过对比制冷与产热数据,证实了Er3+掺杂Li YF4单晶可以实现净的激光制冷。最后,探索了Li YF4:Er3+的温度传感特性,结果表明,在Er3+掺杂Li YF4单晶中实现激光制冷的同时,可以利用其温度传感特性实现无接触式温度探测。