三价稀土离子能级丰富,可以作为媒介实现光子频率的变换,得到不同波长、更多用途的光子,在很多方面具有重要的应用价值。稀土离子的下转换量子剪切被广泛的应用在发光和显示领域,特别是近红外量子剪切有望用来提高硅基太阳能电池的效率。上转换发光被广泛的应用在短波长固态激光器、三维显示、生物荧光成像等方面。而绝对的荧光发光效率是衡量材料发光性能及应用前景的重要参数。因此,本文以Tb3+-Yb3+离子掺杂材料为主要的研究对象,对不同掺杂材料中Tb3+-Yb3+体系的发光机制及绝对的光致发光效率等进行了详细的研究。　　研究了Tb3+-Yb3+离子掺杂体系的线性量子剪切特性。在473nm连续激光器激发下,Tb3+-Yb3+离子掺杂的氟氧化物玻璃中通过Tb3+离子向Yb3+离子的能量传递实现了近红外量子剪切。建立了合作量子剪切速率方程模型来描述施主离子与受主离子间的相互作用。提出了线性合作量子剪切机制的两个判据:可见及近红外发光的光功率曲线斜率都为1,受主离子Yb3+的衰减曲线中包含自身辐射寿命及施主离子5D4能级的寿命两项。实验结果与这两个判据符合很好,验证了Tb3+-Yb3+离子掺杂的氟氧化物玻璃中能量传递过程为线性的合作量子剪切机制。提供了一种利用速率方程模型来判断量子剪切机制的方法。此外,计算了Tb3+-Yb3+离子共掺氟氧化物玻璃的理论量子效率。　　研究了Tb3+-Yb3+离子掺杂体系的非线性量子剪切特性。在Tb3+-Yb3+离子掺杂的NaYF4纳米晶中实现了近红外量子剪切,发现其近红外发光光功率曲线的斜率在0.5~1之间,即该量子剪切过程是非线性的。提出了可以通过虚能级发生量子剪切的观点,依此建立了速率方程模型来描述非线性量子剪切机制。分析发现非线性的量子剪切过程是线性与二阶量子剪切过程同时作用的结果,并提出了比重因子的概念来衡量两者所占的比重,发现二阶量子剪切过程占据主导地位。本章的研究有助于更加深入的理解Tb3+和Yb3+离子间量子剪切过程的物理机制。　　开展了绝对量子效率的研究。搭建了积分球测量系统,定量测量了Tb3+-Yb3+离子共掺玻璃近红外量子剪切过程的绝对量子效率。其绝对量子效率不随激发光功率变化,可见及近红外量子效率约为10-2量级,总的量子效率并未超过1。随着Yb3+离子浓度的增加,近红外量子效率呈e指数增加,最高值仅为13.5％,可见及总的量子效率单调的降低。评价了理论量子效率计算方法中存在的问题,Tb3+离子低的辐射效率(<61%)与Yb3+离子严重的浓度淬灭效应使得理论量子效率远大于实际的量子效率。　　研究了Tb3+-Yb3+离子共掺氟氧化物玻璃的上转换发光机制及绝对的上转换发光效率。施主离子Yb3+及受主离子Tb3+的时间分辨光谱间的关系,与通常认可的合作敏化上转换速率方程预计的结果相冲突。通过对比实验,排除了基质环境的影响。在Tb3+-Yb3+离子共掺的氟氧化物玻璃中,除了合作敏化上转换过程,还存在其他的能量传递过程。理论和实验研究了Tb3+-Yb3+离子共掺的氟氧化物玻璃的上转换量子与能量转换效率。发现相对较低的Yb3+离子浓度及较高的泵浦光功率密度有利于上转换效率的提高。量子效率与能量转换效率的比值为常数,仅仅与光子频率及其分支比相关,与激发光功率及离子掺杂浓度无关。泵浦光功率密度为40-96W/cm2时,上转换发光效率在10-4量级。