稀土离子上转换发光被广泛地应用于激光光源、光纤通信、发光二极管、色彩显示和生物系统等领域,因此实时、动态、可逆地控制稀土离子上转换发光对于它们的应用是非常重要的。对于通过光物质相互作用控制多光子吸收过程来说,飞秒激光的相位和偏振调制已经被证明是一种非常简单而且行之有效的方法。在早期的研究中,上转换发光控制主要集中在较弱的飞秒激光场。在这里,我们进一步拓展了这一控制手段,从弱的飞秒激光场进一步拓展到中强的飞秒激光场。在较弱的飞秒激光场中,二阶微扰理论可以很好地解释非共振双光子吸收过程。但是,在中强飞秒场下可以产生更高阶非线性效应(例如,四光子吸收),为此我们建立了一个新的理论模型(也就是四阶微扰理论)来解释这一物理控制机制,这里上转换发光过程涉及了双光子吸收过程和四光子吸收过程。具体研究内容如下:(1)我们通过实验研究和理论分析验证了掺杂Dy3+离子的玻璃上转换发光可以用π相位扫描调制来人为地控制,同时上转换发光控制行为依赖飞秒激光强度。研究结果表明,上转换发光强度在弱的飞秒激光场中可以被有效地抑制,而在强的飞秒激光场中则被增强。理论分析结果显示,在整个激发过程中四光子吸收的相对权重随着飞秒激光强度的增强而增加,而共振双光子吸收和四光子吸收的干涉导致了不同的激光强度下上转换发光调制的改变。(2)飞秒激光场的偏振调制已被证明是控制稀土离子上转换发光的一个很好的方法。我们通过四阶微扰理论模型来研究在中强飞秒激光场的激发下Sm3+掺杂玻璃中的上转换发光的偏振控制行为。实验结果表明,Sm3+掺杂玻璃中的上转换发光的偏振控制效率将受飞秒激光强度的影响,且随激光强度的增加而减小。我们理论上提出四阶微扰理论来解释包括非共振双光子吸收和四光子吸收的实验观察结果,由于其不同的偏振控制程度,双光子和四光子吸收之间的相消干涉将导致偏振控制效率被抑制。