近年来,稀土离子掺杂的上转换发光材料由于其具有较大反斯托克斯位移、尖锐的发射谱带、耐光漂白等独特的光学特性而得到了迅速发展。它们能够将组织穿透的近红外光子辐射转化为紫外线、可见光和近红外辐射,在生物成像、诊断和治疗以及光伏系统和光学数据存储等领域具有重要的应用潜力。本文选取CaF₂单晶作为稀土离子的载体,因为它的声子能量(约350 cm^-1)较低,减少了无辐射驰豫过程,可以获得较高的上转换效率。本文主要的研究成果如下:（1）采用温度梯度法制备了一系列Er³⁺离子不同浓度的Er:CaF₂单晶。研究发现,Er³⁺离子展现出强烈的红色和绿色上转换发光,且随着Er³⁺离子浓度的增大,在CIE图上可以观察到从绿光到红光的大范围调控。且在Er:CaF₂单晶中存在的上转换过程为基态吸收、激发态吸收及交叉驰豫过程。（2）采用温度梯度法制备了一系列Yb³⁺离子不同浓度的Yb,Er:CaF₂单晶。研究发现,共掺Yb³⁺离子后,发光强度远高于未掺杂的。随着Yb³⁺离子浓度的增大（0 at%¹0at%）,其发光强度先增强后减弱,当Yb³⁺离子浓度达到5 at%时,发光强度达到最大。且从CIE图上可以观察到从红光到绿光的大范围调控。在Yb,Er:CaF₂单晶中存在的上转换过程为能量转移、激发态吸收、交叉驰豫及能量回转过程。（3）采用温度梯度法制备了一系列Tm³⁺离子不同浓度的Yb,Er,Tm:CaF₂单晶。研究发现,Tm³⁺离子展现出强烈的蓝色和红色上转换发光,且随着Tm³⁺离子浓度的增大（0.05 at%⁰.5 at%）,在CIE图上可以观察到从黄光、白光到蓝光的大范围调控。当Tm³⁺离子浓度达到0.05 at%时,实现上转换白光发射。结果表明,Yb,Er,Tm:CaF₂的单晶在白光LED方面存在巨大的应用前景。