稀土掺杂上转换纳米发光材料在上转换激光器、显示器件以及生物医学等很多领域有着较大的潜在应用价值。其在生物医学中作为荧光探针和成像有着突出的优点而倍受关注。但是，由于上转换纳米晶的上转换效率低及单色性差等问题仍限制实际应用。因此，如何提高上转换纳米晶的发光效率及提高发光的单色性，具有实际应用意义。本论文主要研究了外界环境对上转换纳米晶光学性质的影响及高效的单色近红外光的实现问题。研究了外界环境对纳米晶光学性质的影响规律。通过建立薄壳模型，分析壳厚对发光薄壳的影响。利用溶剂热方法制备了一系列NaYF₄/NaYF₄:Yb20%,Er2%/NaYF₄核壳结构纳米晶；改变同质壳厚，得到了八种不同尺寸的纳米晶；通过TEM和XRD对所制备的核壳结构纳米晶进行了形貌和结构表征，证实得到了尺寸均一、分散性较好的六角晶相的纳米晶；测量了不同壳厚纳米晶的荧光光谱，并得到了随壳层厚度增加，发光强度呈e指数增加的规律；分析确定了3nm壳厚就可有效地屏蔽外界环境的作用，核壳结构可以使上转换发光效率提高300倍；通过荧光和激发光功率关系和稳态速率方程理论分析，阐明了Er³⁺掺杂的上转换发射与稀土离子能级性质间的关系；通过时间分辨光谱分析，验证了测量结果的正确性。开展了高效单色近红外光的设计研究。合成并研究了以NaYbF₄为基质的不同Tm³⁺掺杂的纳米晶的光学性质，通过改变Tm³⁺掺杂，得到了随着Tm³⁺掺杂的增加，单色性呈e指数形式增长，发光强度呈e指数形式减弱的规律。即使可见光荧光猝灭，红外光荧光单色性增强。