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三价铒离子可以有效的实现红外到可见的上转换发光,因此在固体激光器、三维显示、LED、生物荧光标记成像等领域具有广泛的应用价值。为了进一步拓展应用前景,包括Er3+离子在内的稀土离子上转换荧光的增强、调谐和机制一直都是人们研究的热点。基于飞秒激光相关的超快控制、非线性效应等,本论文利用飞秒和连续激光激发掺杂稀土离子Er3+的纳米材料,实现了稀土离子光致发光的精密操控,研究了上转换发光机制,取得了如下主要研究结果：1.研究了Er3+:NaYF4掺杂纳米晶玻璃在800 nm、1490 nm飞秒脉冲光激发下的上转换发光特性和机制。通过荧光强度的偏振依赖、功率依赖等实验规律分析,提出了飞秒光激发下Er3+离子的上转换机制；荧光强度的偏振依赖特性证实在飞秒光激发下,Er3+离子上转换发光机制以同时的双光子吸收过程为主。在800 nm激发下,Er3+离子中以550 nm（2H11/2/4S3/2→-4I1/5/2）为主的绿光来自于对800 nm光子的同时双光子吸收：4I15/2→2H9/2→2H11/2/4S3/2,660 nm（4F9/2→4115/2）的红光则来自单光子的基态吸收（GSA）后离子间的能量交叉弛豫（CR）：4I11/2+4113/2→115/2+4F9/2;在1490 nm激发时,Er3+离子中基态电子通过双光子吸收和随后的声子辅助弛豫（4I15/24I9/2→4I11/2）后发生离子间的能量交叉弛豫,实现660 nm的上转换发光,具有双光子荧光偏振依赖规律。2.研究了基于双色场飞秒激光激发条件的上转换发光,实现了800nm & 1490 nm双色场激发下Er3+掺杂纳米晶玻璃上转换荧光的增强与调谐。基于泵浦探测方法,对双色场激发上转换机制进行了研究。建立了基于薛定谔方程的理论模型,很好的解释了实验结果,揭示了主要的上转换发光机制。800 nm和1490 nm同时激发样品时,550 nm绿光的发光明显增强；通过分别调节两激发光的强度,获得了红光-绿光的颜色调谐。同时,分析泵浦探测系统的延时强度依赖和波长依赖结果,提出800 nm和1490 nm光子同时（1+1）吸收实现绿光增强的机制,与基于含时薛定谔方程的理论计算结果一致。3.研究了800 nm连续光激发掺杂Er3+:NaYF4纳米晶玻璃上转换发光的机制。通过对800 nm连续光激发上转换荧光特性的系统研究,并利用飞秒脉冲光和OPA等获得多种波长飞秒激光,结合泵浦探测等实验方法,对Er3+离子上转换绿光和红光发光过程可能存在的路径进行了系统研究,确定了红、绿光上转换发光的主要路径。在800 nm连续光激发时,550 nm绿光的发射主要来自激发态吸收（ESA）路径4I15/2→4I9/2→4I13/2→2H11/2/4S3/2,660 nm红光的主要贡献路径为交叉弛豫4I11/2+4I13/2→4F9/2+4I15/2过程。这些结果对Er3+离子跃迁路径的深入理解,为稀土掺杂材料的改进提供了依据。