上转换现象由于在短波全固态激光器、信息处理、立体显示、荧光标签等领域具有重大的应用潜力,所以近几十年来引起了各国研究者的广泛关注。稀土离子,尤其是Er离子具有辐射波段丰富、激发态能级寿命长等优点,很适于作为上转换荧光材料的发光中心。目前对Er离子掺杂各种基质中上转换荧光机制的研究通常是定性分析,列出其可能的机制,这种解释的可信程度及精确程度都不高。针对这种现状,本文研究了Er离子掺杂氧化钇纳米晶中Er离子上转换荧光强度随泵浦光强度、样品温度的变化规律,结合方波激发下上转换荧光的衰减特性,利用速率方程模型研究样品中的上转换机制,给出了Er离子在氧化钇纳米晶中的激发态吸收截面以及相邻Er离子间交叉弛豫几率的估计值。并且发现样品温度对Er离子激发态吸收截面的影响较大。稀土离子掺杂材料上转换荧光的各种应用都需要较高的发光效率作为基础,而目前各种稀土掺杂发光材料的效率都不是很高,极大限制了上转换荧光的实用化。目前已发现Li离子能够显著增强稀土离子掺杂材料的上转换荧光强度,但对于其增强机制还有待更细致的研究。本文研究了碱金属元素与Er离子共掺杂氧化物纳米晶的上转换荧光特性,对碱金属与Er离子共掺材料结构的测试结果表明Li离子比Na和K离子对基质结构的影响更大,同时没有观察到各样品中表面缺陷的明显变化,所以Li离子对稀土离子上转换效率的影响较大,这种影响主要是由于基质材料结构对称性的下降引起的。为了考察Li离子对Er离子不同能级的具体影响,设计了成分简单的Er离子掺杂锑硅酸盐玻璃,利用J-O理论分析Li离子的具体作用,验证了纳米晶材料中的对Li离子机制的分析。由于单色性好的发光材料在彩色显示以及荧光标签等应用领域具有明显的优势,所以本文在前面研究的基础上进一步实现了Er³⁺,Yb³⁺和Li⁺掺杂氧化锆纳米晶中上转换荧光的颜色调制,通过调整稀土离子与Li离子的掺杂浓度,获得能辐射高效单色绿光的Er³⁺/Li⁺掺杂氧化锆材料和辐射单色红光的Er³⁺/Yb³⁺/Li⁺掺杂氧化锆材料,并通过速率方程模型对其上转换机制进行了研究。基于稀土离子掺杂材料的光学温度传感器近年来引起了广泛的关注,其中利用上转换荧光的荧光强度比方法进行测温具有精度高、不受泵浦光影响、成本低廉等优点。本文最后研究了基于Er³⁺/Yb³⁺/Li⁺掺杂氧化锆纳米晶的光学温度传感器,首次发现利用Er离子红光劈裂能级也可以实现温度传感,并且提出了一种提高测温灵敏度的简单方案。