合作跃迁自1961年发现以来,吸引了相关科学家们极大的研究兴趣,经过了几十年的发展,合作跃迁的有关机制也在日趋完善,从1961年Pr³⁺离子的合作吸收到1967年提出合作敏化的概念,再到1970年Yb³⁺离子的合作发光,加上早在1957年Dexter提出的一个离子同时敏化两个离子的机制,这就构成了合作量子跃迁的四大种类。而对于Dexter提出的机制,只到2005年才被验证,由于此机制可以提高量子产率,一直以来是比较热门的研究课题,也因为此机制与合作敏化互为逆过程,所以我们把这样的机制定义为合作受能。以上合作跃迁的概念基本上是基于两个离子的合作作用,只到我们研究组实验上和理论上验证三个Yb³⁺离子的合作发光,三个Yb³⁺离子合作敏化的Cu2+和Pb2+离子的发光,及四个Yb³⁺离子的合作敏化的Gd³⁺离子的发光,可以合作跃迁的离子数拓展到了三个甚至四个。这项发现在合作跃迁领域是一种重大突破,也具有很大意义,试想,当合作受能过程拓展为三个离子,那其理论量子效率极限可以提高到300%,是一项提高量子效率地高效可行的手段。在这样的研究背景下,我们展开了Yb³⁺离子与其他离子合作过程的研究,在此过程中,我们又发现一种存在于合作跃迁过程中的独特的荧光猝灭方式,即团簇结构破坏性荧光猝灭。这种猝灭方式在合作跃迁过程中是比传统的浓度猝灭等对荧光强度影响更为显著的一种机制。本论文将围绕Yb³⁺离子与Gd³⁺,Tb³⁺,Ce³⁺离子合作跃迁过程详细展开研究,主要内容如下:（1）我们在研究Ca F₂:Yb³⁺,Gd³⁺样品中Gd³⁺离子的发光时,发现Gd³⁺离子的发光强度随其掺杂浓度的变化呈现出一种特殊的变化规律:样品在980 nm激光的激发下,四个Yb³⁺离子被激发,同时将能量传递给Gd³⁺离子,使Gd³⁺离子发射出紫外光,随着Gd³⁺离子浓度的从0增加到0.9 mol%,其上转换发射强度先增加后降低,在0.5 mol%最强,这个变化规律与直接激发Gd³⁺离子其发射随浓度增加单调增加是迥然不同的。与此同时,上转换过程中Yb³⁺离子的激发态寿命先降低后增加,也在0.5 mol%时达到极值。这种特殊的现象是由于4个Yb³⁺离子团簇向Gd³⁺离子的能量传递,以及Yb³⁺离子团簇结构破坏共同作用造成的,对此,我们提出一种新的猝灭机制,即团簇结构性破坏猝灭,用于解释这种基于团簇合作跃迁的荧光减弱现象。我们进行了掺杂光学惰性Y³⁺离子的团簇结构破坏实验,验证了这一机制。这是一种不同于我们所熟知的浓度猝灭,热猝灭等的新的猝灭机制。（2）Yb³⁺离子在Ca F₂中容易形成团簇,形成团簇的Yb³⁺离子对可以合作发射一个绿色光子,可以合作敏化一个Tb³⁺离子,也可以合作接收传递自Tb³⁺离子的能量。我们实验观察到了Ca F₂:Yb³⁺,Tb³⁺中的三种过程,并发现合作敏化的量子产率为10–3,有所报道的最高的合作敏化内量子产率为10–4,这为我们的研究带来了方便。我们发现,无论在上转换还是下转换发光过程中,荧光猝灭都发生在Tb³⁺离子掺杂量很小的情况下。我们进行掺杂光学惰性Y³⁺离子的团簇结构破坏实验和荧光动力学分析验证,发现团簇结构破坏机制在Ca F₂:Yb³⁺,Tb³⁺体系中的上、下转换荧光猝灭起了主要作用,同时,在上转换过程中,能量回传也是猝灭的一个主要因素。（3）Ca F₂:Yb³⁺,Ce³⁺中,3个Yb³⁺离子合作接收来自于Ce³⁺离子5d能级的能量,实现三光子近红外量子剪裁。样品中,3个Yb³⁺离子通过库仑作用形成系统波函数(Yb³⁺-trimer),它们在980 nm激发下可以合作发射一个343 nm的紫外光子。恰好,Ce³⁺离子的5d能级与Yb³⁺-trimer的能级匹配,这样,当306nm的紫外光激发Ce³⁺离子后,处于5d带的Ce³⁺离子可以将能量传递给Yb³⁺-trimer,从而发射三份近红外光子。我们获得了最高222%的量子产率,并首次证实了这种三离子团簇合作接收能量的机制。这种量子剪裁材料在太阳能电池领域有很大的应用潜质。（4）我们实验观察到Li YF4:Yb³⁺,Tm³⁺,Ce³⁺微米晶在980 nm激光激发下,通过Tm³⁺离子的敏化可以观察到很强的Ce³⁺离子5d-4f的307 nm和325 nm发射,研究了Ce³⁺离子掺杂浓度对其发光的影响并得出其最优掺杂浓度。我们发现这种通过稀土离子的4f-4f跃迁敏化稀土离子4f-5d跃迁是一种行之有效地调制紫外上转换发光的办法。