近红外光（NIR）探测技术在**、通信和工业应用中发挥着重要的作用，巨大的市场需求带动了NIR光电探测器（PDs）研究的快速发展。具有双光子或多光子泵浦特性的稀土掺杂上转换纳米颗粒（UCNPs）可以将NIR光子转换为可见光子或紫外光子，并被禁带宽度更宽的半导体吸收，进而制备出性能优异的上转换PDs。然而，NIR窄带上转换PDs的实现仍然面临一些困难，例如稀土离子荧光量子效率低、需要高泵浦阈值才能实现可探测的上转换发光。在此，我们利用NaYF₄∶4%Er UCNPs与钙钛矿半导体层相结合，实现了1 550 nm的窄带上转换PDs。通过使用具有局域表面等离子体共振效应的银纳米棒层（Ag NRs）增强了UCNPs的上转换发光，从而降低了上转换PDs的泵浦阈值。基于Ag NRs/NaYF₄∶4%Er UCNPs/MAPbI₃ 复合结构的PDs的最佳响应度（R）和探测率（D^*）分别约为48.5 mA/W和5.7×10⁸ Jones。与纯UNCP/MAPbI₃ PDs相比，R和D^*均提高了一个数量级。我们成功地构建了一种简单的策略来制造出稳定的近红外窄带PDs。

采用高温固相合成法制备了多组Yb³⁺/Ho³⁺/Tm³⁺不同物质的量分数掺杂的LiTaO₃多晶材料，测试了双掺Yb³⁺/Ho³⁺，Yb³⁺/Tm³⁺和三掺Yb³⁺/Ho³⁺/Tm³⁺的LiTaO₃多晶的X射线衍射图谱、紫外-可见吸收谱和上转换荧光发射谱。X射线衍射（XRD）结果显示，稀土离子掺杂没有改变LiTaO₃多晶的物质结构，这表明稀土离子以取代基质离子的方式进入了晶格中。样品的紫外吸收边显示，增加Ho³⁺或Tm³⁺物质的量分数会导致吸收边先红移再蓝移。在980 nm泵浦光激发下，可见光区域中出现上转换蓝光（475 nm）、绿光（545 nm）和红光（663 nm和650 nm）发射，通过改变LiTaO₃中的激活离子Ho³⁺-Tm³⁺物质的量分数，可对上转换荧光色度进行调节，物质的量分数配比为2.0%Yb³⁺/0.05%Ho³⁺/0.4%Tm³⁺的掺杂LiTaO₃多晶材料实现了最为接近标准白光的发射。

提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF₄@NaYF₄体系中，惰性NaYF₄壳层可以抑制高组分Er³⁺掺杂下的发光浓度猝灭，其上转换发光主要来源于Er³⁺⁃Er³⁺的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er³⁺和Yb³⁺分区掺杂的NaErF₄@NaYbF₄@NaYF₄核壳结构的纳米颗粒，通过包覆惰性壳层研究Er³⁺⁃Yb³⁺⁃Er³⁺之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er³⁺而不能激发Yb³⁺，因此在808 nm波长激发下，Er³⁺在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb³⁺，随后通过反向能量传递回Er³⁺，使得Er³⁺的上转换发光增强。实验结果发现，当中间层Yb³⁺掺杂浓度为100%时，绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。

利用溶剂热法制备了六角相NaYF₄∶20%Yb，2%Er@NaYF₄@NaYbF₄∶0.5%Tm@NaYF₄多层核壳结构稀土掺杂上转换纳米粒子，研究其在低温场（10~295 K）及980 nm激发下分别来自于Er³⁺的绿色与红色以及Tm³⁺的蓝色发光的上转换发光性质。结果显示，绿光强度随温度升高呈现出先增后降的变化趋势，而蓝光强度随温度升高呈现热衰减的趋势。本工作利用发光强度比的测温方法实现了精准的温度测量，相对灵敏度可达3.2%·K^-1。并通过改变外层发光壳层的厚度调节发光强度比，进一步应用于低温场光学防伪。

稀土掺杂的上转换发光纳米材料在信息安全、生物医学、光纤通信、显示和能源等众多领域有着巨大的应用潜力，受到了相关各领域研究人员的广泛关注。特别是近年来发展起来的具有正交激发发射特性的上转换发光纳米颗粒，其可在不同的激发条件下产生动态变化的光色输出，因而具备一系列新的特性与功能，大大地扩展了应用范围。本文综述稀土离子正交上转换发光的发展历程，系统论述了基于核壳结构的正交激发发射体系的设计原理和构建方法，介绍了其在信息存储、安全防伪、显示、传感、生物成像及治疗等领域的最新研究进展，并探讨了未来相关研究中可能面临的机遇和挑战。

通过水热法合成了一系列CaSc₂O₄∶Er³⁺，Nd³⁺纳米晶。随着Nd³⁺浓度和激发波长的变化，详细研究了CaSc₂O₄∶Er³⁺，Nd³⁺氧化物在可见光和近红外（NIR）区域的发光特性。在808 nm激发下，Er³⁺离子的发光强度随着Nd³⁺离子浓度的增加出现增强。相对的红色强度也有轻微的增强。在980 nm激发下，Nd³⁺离子几乎不吸收980 nm的光子，只有Er³⁺离子的吸收和发射被发现。相对的红色强度没有变化。此外，在近红外光谱中，只观察到Er³⁺离子的发射，这与可见光光谱一致。详细的研究揭示了新型CaSc₂O₄∶Er³⁺，Nd³⁺纳米晶在808 nm和980 nm近红外激发下的上转换发光（UCL）机制。

稀土离子掺杂上转换发光材料(UCNP)在太阳能电池、 固体激光、 彩色显示、 生物成像等领域有着巨大的应用潜力, 因而受到广泛的关注。 在稀土元素中, 钪(Sc)元素既处于第三主族的顶端, 又处于过渡元素开始的地方, 且具有最小的离子半径, 因而具有异于Y, Gd和Lu基材料的物理、 化学性质。 Na₃ScF₆化学性质稳定, 声子能量低, 是一种新型高效的基质材料, 但是目前对其研究依然较少。 基于此, 采用熔剂热方法, 以油酸(OA)和十八烯(ODE)作为溶剂, 保持OA:ODE=10 mL:10 mL和NaF:Ln³⁺=4:1不变, 调节反应温度为260, 280和300 ℃时合成了一系列的单斜相Na₃ScF₆:Yb/Er纳米晶。 研究结果表明: 在合成温度为260 ℃时, 样品为单斜相的Na₃ScF₆:Yb/Er(PDF No.47-1221)纳米晶, 粒径在20 nm左右; 反应温度为300 ℃时, 样品为单斜相的Na₃ScF₆:Yb/Er(PDF No.20-1221)纳米晶, 粒径在18 nm左右, 结晶度高, 分散性好。 在280 ℃时为单斜相的PDF No.47-1221和PDF No.20-1221二者的混合相, 样品形貌均一, 分散性好, 粒径在30 nm左右。 在980 nm激光的激发下, 随着反应温度从260 ℃升高到300 ℃, 样品上转换发光颜色从红光转化为绿色光, 发射光强显著增加, 约为原来的3.1倍。 随后, 在反应温度为300 ℃时, 讨论了样品形貌随时间的演化。 仅通过调节反应温度, 即实现了Na₃ScF₆:Yb/Er纳米晶上转换发光颜色的可控输出, 这不仅提供了一种红绿光的调节方法, 而且补充了钪基氟化物的研究, 拓宽了钪基纳米材料的应用范围。

近年来，光学成像与检测技术越来越多的应用于生物医学领域，其具有高检测灵敏度、生物安全性好以及非侵入性等众多优异的特点。该技术的发展得益于荧光物质（如染料、荧光蛋白）的光学特性和光学成像设备的发展。与传统下转换光学成像方式相比，上转换光学成像具有反斯托克斯位移发光特性。该光学成像方式在生物医学领域中展现出较好的应用前景，其成像方式较好地避免了下转换发光的一些弊端，如近红外光激发可增加光对组织的穿透深度、可避免生物体自发荧光和对组织损伤较小等。正因为上转换光学成像方式的特殊性，有必要对其进行介绍并综述近期在生物医学领域中的应用，包括成像检测与疾病治疗。这对于合理使用上转换发光技术和合理设计上转换发光材料具有指导意义。