稀土发光材料由于其物理化学性质稳定、单色性好、吸收特性强、发光转换效率高等优点,已成为发光材料研究的重点和前沿。本文重点研究稀土发光材料中的上转换发光材料,即吸收长波后辐射出短波的材料,旨在阐明不同基质与不同掺杂体系对材料结构与性能之间的影响规律,揭示掺杂稀土离子对于材料的光学性能的影响机制,丰富稀土掺杂光学的基础理论体系,推动稀土资源在光子学中的发展与应用。基于氟化物材料优异的特性,对三种不同基质材料β-Na YF₄、β-Na Gd F₄和β-Na Lu F₄的结构性质、电子性质以及光学性质进行研究,系统分析不同基质体系之间各项性质的差异。采用水热法制备相应基质材料下掺杂Er³⁺和Yb³⁺离子的样品,结合上转换发光光谱和荧光衰减曲线,详细探究了不同激发条件下Er³⁺/Yb³⁺上转换发光机制。在这四种波长的激光器（808 nm、980 nm、1064 nm和1550 nm）的激发下,这些样品在521 nm、540 nm和655 nm处都观察到发射峰,其中不同基质体系下的上转换材料的荧光强度发生变化。通过外部刺激控制上转换材料的光谱是一种简便的方法,对于各种研究都是必不可少的。通过研究发现一种Pr³⁺离子单掺杂材料可以通过控制激发功率密度来执行光谱调控,当激发功率密度从2.0 m W mm^-2增加到70.8 m W mm^-2时,绿红比值从0.02增加至1.07,其颜色从红光变为绿光。结合上转换荧光强度随泵浦能量的变化关系以及荧光时间衰减性能进行研究,可以确定不同激发功率下Pr³⁺离子实现发光调控的上转换发光机制。基于Pr³⁺离子独特的多光子过程,可以通过结合其他稀土离子来进一步设计其他上转换光谱控制材料。受此启发,这些上转换材料可通过操纵外部激发条件而无需改变输入和输出条件来设计相应的逻辑运算。双波长激发在上转换光致发光方面具有许多独特的优势,通过基于Er³⁺离子独特的双波长激发效应,提出了一种使用外部激发源作为激励输入并使用上转换相对发射强度作为输出的逻辑门的新颖概念。Er³⁺离子掺杂的β-Na YF₄材料由于能级的匹配性,可以通过1550 nm和1064 nm激光同时进行双波长泵浦来实现发射增强。在双波长激发下,相比于1550 nm处的单波长激发,绿色发射增加53%,红色发射增加72%;而与1064 nm处的单波长激发相比,绿色发射增加336%,红色发射增加2820%。以这两种激发波长为输入信号,以及以上转换相对发射强度为输出信号,通过观察两个荧光发射带（绿色和红色）的变化可以实现基本逻辑运算和复杂逻辑运算。结果不仅对双波长激发下的上转换发光机理提供了深刻的理解,而且为开发用于复杂逻辑运算的新型微/纳米结构材料提供了有益的启示。合理的设计多色上转换发光以实现多功能光学应用在高新技术领域具有重要的潜在应用价值。通过水热法所制备的Er³⁺离子掺杂材料在1550 nm激发条件下可通过热操纵电子跃迁过程来实现多色上转换发光,随着温度从100 K升高至350 K,样品的绿红比值从3.3降低至0.26,其颜色输出从绿光转变为黄光。基于Er³⁺离子的非热耦合能级和热耦合能级的温度传感器最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别达到0.054K^-1和4.225%K^-1,具有高灵敏的温度传感特性。掺Er³⁺的材料由于独特的热响应机制而具有热致发光变色特性,从而能够以安全的方式创建可视化读取型和数字化识别型防伪应用。该结果可为多功能应用的高灵敏度温度感测材料的设计和调制提供有益的启示。