稀土离子上转换发光是一个反斯托克斯过程。稀土上转换发光材料由于具有发光稳定性好,效率高,耐高温,不易发生化学反应等优势,而被广泛应用于激光防伪、生物成像、光催化、太阳能电池等领域,近年来得到了科研工作者极大的研究兴趣。另外,由溶胶-凝胶方法制备的有机-无机复合材料兼具有机材料和无机材料的优点,通过改变材料中有机组分和无机组分的种类或者在材料中摻杂不同的功能基团,可以制备得到具有优良光学性能的功能复合材料,因此,近年来科研工作者就此材料做了大量的研究。本论文首先通过反相微乳液法分别制备得到氧化钕和氧化铒纳米晶,通过溶胶-凝胶方法制备得到TiO₂基有机-无机复合薄膜,进一步将制备的氧化钕和氧化铒纳米晶分别掺杂到TiO₂基有机-无机复合薄膜中,系统地研究了氧化钕和氧化饵纳米晶的结构和发光性能,研究了掺杂氧化钕以及掺杂氧化饵纳米晶复合薄膜的表面形貌特性、光波导特性以及上转换发光性能等。具体研究内容如下:采用反相微乳液法制备氧化钕和氧化铒纳米晶体,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱和高分辨透射电镜分别对氧化钕和氧化铒纳米晶晶体结构、化学成分以及晶体表面形貌进行了表征和分析。结果表明,制备得到的氧化钕和氧化铒纳米晶具有较高的纯度和结晶度。结合溶胶-凝胶法和旋涂法分别制备得到掺杂氧化钕和氧化铒纳米晶TiO₂基有机-无机复合薄膜,利用扫描电镜观察了复合薄膜的表面形貌,研究了不同热处理温度下复合薄膜的光学透过率,当热处理温度低于300℃时,该复合薄膜在紫外-可见波段具有较高的光学透光率;基于棱镜耦合技术测试分析了包括薄膜折射率与厚度以及光学传输模式在内的光波导特性,结果表明,制备得到的薄膜厚度在0.7～2.0μm之间,且薄膜厚度随热处理温度升高而减小。最后通过荧光光谱仪研究了不同热处理温度下复合薄膜的上转换发光性能,具体研究了在580nm光源激发下,掺杂氧化钕纳米晶复合薄膜的上转换发光性能,发光光谱中出现多个紫色和蓝色的发光峰,其中436nm处的紫色发光最明显。测试了在818nm光源激发下,掺杂氧化铒纳米晶复合薄膜的上转换发光性能,发光光谱中出现绿色和红色的发光峰。另外,复合薄膜发光强度随热处理温度上升而增大,热处理温度为200℃时发光强度达到最大。最后,基于该复合薄膜中加入了紫外光敏功能基团,使得该复合薄膜同时具有紫外光固化功能,通过紫外纳米压印技术分别在掺杂氧化钕和氧化铒纳米晶复合薄膜上制备得到微透镜阵列结构和条形波导阵列结构,其中,微透镜直径约为25μm,高度约为5μm,条形光波导阵列中波导宽度在5-20μm之间。本研究有望在LED、光放大器、光通信等领域中得到广泛应用。