稀土离子(Re3+)掺杂的上转换发光(UCL)材料具有独特的光学和化学特性。近年来,具有良好物化稳定性,低毒性,高发光效率等优点的硫氧化物和复合氧化物上转换发光材料,在近红外探测、生物医学和荧光探针等诸多领域呈现巨大的应用潜力,并获得了广泛研究。在各项应用中,如何获得可控的单色上转换发光成为了相关研究的重点之一。目前,在单一波长光源激发下,已经通过稀土离子掺杂、浓度优化、核壳结构设计等多种方法实现了高色纯度的蓝光、绿光和红光UCL发射。但是,可控的高效率多色发光的实现往往只能通过不同的发光粉实现。如何在同一种UCL材料上获得可控多色发光成为了新的研究热点。本文通过高温固相法成功合成了 Ho3+,Yb3+共掺杂的Ba5Zn4Y8O21多元氧化物和Er3+,Yb3+共掺杂的Y2O2S上转换发光粉。借助自行设计并搭建的脉宽可控的多光束激光光源平台,开展了多频激发下的上转换发光性能和颜色调控研究,并系统讨论了相关UCL跃迁机制。主要工作包括:1.为实现以Ba5Zn4Y8O21为基质的上转换三基色发光,采用固相合成法于1200℃下制备了 Ba5Zn4Y8O21:Ho3+,Yb3+发光粉,并对其绿光发射特性进行了研究。980nm激发下的上转换发射光谱测试结果证实,最佳掺杂浓度下的Ba5Zn4Y8O21:14 mol%Yb3+,0.15 mol%Ho3+主要呈现5S2/5F4→5I8跃迁所致的548 nm、553nm绿光发射,而5F5→5I8和5S2/5F4→517跃迁产生的664nm、758nm红光和近红外光发射非常微弱。而且,绿光强度随激发功率呈线性变化,在20.7 mW/cm2功率密度范围内,绿红光分支比最高达13.16,呈现优异的色纯度。上转换发光热稳定性测试结果表明,样品的发光效率随样品温度的升高略有下降,50℃时发光强度降低仅9.75%。上述结果证实,Ba5Zn4Y8021:Ho3+,Yb3+是一种优质的绿光上转换发光材料。2.利用高温固相法在1250℃下制备Yb3+和Er3+双掺的Y2O2S发光粉,并对其发光性能进行了研究。在980nm和1550nm激发下,发光粉主要呈现520-575nm绿色和640-690 nm红色发射,分别归因于Er3+离子2H11/2,4S3/2→4115/2和4F9/2→4115/2能级间的辐射跃迁。Y2O2S:2 mol%Er3+,4 mol%Yb3+具有最佳的UCL强度和色纯度。UCL强度与激发功率变化曲线证实,980 nm激发下的绿光发射和红光发射,以及1550 nm激发下的红光发射均为双光子吸收过程,而1550 nm激发下的绿光发射则可能是由四光子吸收和三光子吸收共同实现。借助跃迁机制模型详细讨论了发光粉的UCL过程。相关结果证实,Y2O2S:2 mol%Er3+,4 mol%Yb3+是用于双频激发研究的最佳材料。3.将选择性透射和全反射技术相结合,成功设计并搭建了多重分光透镜组式合光激发光源系统。所获得激发光源系统的光学反射、透射镜组对1550nm、980nm和808nm激光具有良好的选择透射性和反射性能。分光镜A对808 nm和980 nm激光透射率分别达87.0%和82.0%,对1550 nm激光反射率高达98.9%。分光镜B对808 nm激光透射率为81.0%,对980 nm激光的反射率为95.0%。最终输出的多重激光光束具有光损失小、透射率高、光束准直性强等诸多优点。808 nm和980 nm激光的总透射率达70.5%和77.9%。复合激发光总功率可达800 mW以上,完全符合开展上转换发光粉双频激发,甚至多频激发的实验要求。4.采用分光透镜组式合光激发光源系统,在980 nm和1550 nm激光器共激发下系统研究了Y2O2S:Er3+,Yb3+发光粉的UCL特性。UCL光谱证实,同功率共激发下发光粉的667nm红光发射得到显著增强。借助共激发下Er-Yb体系在Y2O2S基质中的跃迁模型,探讨了所获得UCL的跃迁机制,提出了Er3+(4I15/2)+hv980nm→Er3+(2I11/2),Er3+(2I11/2)+hv1550nm→Er3+(4F9/2)过程(过程1);以及Er3+(4I15/2)+hv1550nm→Er3+(4I13/2),Er3+(4I13/2)+hv980nm→Er3+(4F9/2)过程(过程2)两种红光增强机制。980nm连续激发下的1550nm脉冲激发实验证实,引起UCL显著增强的1550nm激发脉宽阈值与Er3+(4I11/2)能级寿命刚好一致,证实了过程1的存在。双频激发下的激发功率调控实验表明,发光粉在低功率980 nm激发下,通过调控1550 nm激发功率可有效控制发光粉UCL颜色在绿(CIE:0.2671,0.6196)、红光(CIE:0.582,0.3408)之间变化,为多频激发下单基质发光粉高效多色发光研究提供了重要依据。