上转换发光机理总结
上转换材料及其发光机理
无辐射弛豫达到发光能级,由此跃迁到基态放出一可见
光子,
发光要求 为了有效实现双光子或多光子效应,发光中心的
亚稳态需要有较长的能级寿命,稀土离子能级之间的跃迁属 于禁戒的f-f 跃迁,因此有长寿命,符合此条件，
能级3-2之间能量差与能级2-1之间的能量差相等,若某一辐射的 能量与上述能量差一致,则会发生激发,离子会从1激发到2,如果 能级2的寿命不是太短,则离子从2激发到3.最后就发生了从3到1 的发射，
1、样品制备与光谱测试
NaOH吸收SiF4
11
2、激发机理
Er3+的绿色发射,由基态经由4I11/2到4F7/2能记得 两步激发,随后无辐射衰减到2I11/2和4S3/2能级, 最后辐射跃迁回基态,发出绿光
Er3+的红色发射： A、由4S3/2能级经无辐射衰减到红色发射的 4F9/2能级 B、 Er3+接受Yb 3+传递来的三个光量子,由 4S3/2能级激发至2G7将多余能量逆传递给 Yb 3+ C、 Er3+在第一步激发后,从4I11/2无辐射衰减到 4I13/2,再激发到红色发射的4F9/2能级
4
实际的上转换过程
能量传 递机理, 离子A 将能量 传递给 离子B, 从而能 够从更 高能级 发射
两步 吸收 机理, 仅由 一个 离子 完成
协同敏 化机理, 两个A离 子将能 量传递 给C离子, 由C的激 发产生 发射
协同发光 机理,将两 个A离子 的激发能 量结合,形 成一个产 生发射的 光量子
上转换材料及其发光机理
主要内容
1
上转换机理
2
上转换材料
3
实例分析
2
一、上转换机理
上转换材料 是一种红外光激发下能发出可见光的发光材
第8讲_上转换发光材料
第8讲_上转换发光材料上转换发光材料（Upconversion Luminescent Materials）上转换发光材料是一种在低能量激发下可以产生高能量发光的材料。
其发光机制与传统的下转换发光材料，如荧光粉和半导体量子点等有所不同。
下转换发光材料在受到外界激发后，会先吸收光子并将其转换为较低能量的光子发出。
而上转换发光材料则能够在较低能量的激发光下，将吸收的能量进行级联转换，最终发射出高能量光。
上转换发光材料主要有两种类型：硅基和非硅基的上转换材料。
硅基上转换材料已经取得了长足的进展，并在光伏领域中受到广泛关注。
硅基上转换材料主要的特点是其上转换效率高，可以将低能量的光激发转换为高能量的发射。
这种材料对于提高太阳能电池的转换效率有很大的潜力。
非硅基的上转换材料则具有更多的选择性，并且在通过适配光源和非线性光学过程实现上转换发光方面具有更大的优势。
上转换发光材料的发光机制可以通过光功率图谱和物质能级示意图进行解释。
光功率图谱可以揭示材料在不同波长下的发光强度，从而分析材料的上转换效率。
物质能级示意图则可以通过表示材料的能量级别来解释能量的转换过程。
上转换发光材料的能级示意图中通常会包含两个部分：上转换激发态和上转换发射态。
在受到激发光的作用下，材料的电子会从基态跃迁到激发态，并且会经过一个或多个中间态的跃迁，最终发射出高能量的光子。
另外，上转换发光材料还有一些其他的应用领域。
其中最显著的是生物医学领域。
由于上转换发光材料具有可调控的发光特性，可以在多种情况下应用于生物成像和药物传递等领域。
例如，上转换发光材料可以通过发光技术提供可见光对于红外光的扩展，从而实现更深度的生物组织成像。
此外，上转换发光材料还可以用于生产发出可见光的LED灯和激光等。
总之，上转换发光材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
其通过将低能量的光激发转换为高能量的发射，具有很高的上转换效率和可调控的发光特性。
上转换发光材料在太阳能电池、生物医学和光电器件等领域的应用前景广阔，将在未来的科研和产业中发挥重要作用。
上转换发光材料的机理及应用
上转换发光材料的机理及应用崔庚彦;丁楠【摘要】On the upconversion material with its unique properties by people more and more attention, it is able to absorb more wave which it has long and low energy, after photon adduct has high-energy shortwave radiation material.The upconversion still belong to the category of photoluminescence from luminous.It is becoming more and more widely used, such as in food detection、biological imaging、immunoassay、cancer treatment、etc.have made a lot of application and development.The essay main about the upconversion mechanism and different preparation methods、application in actual.%上转换发光材料是指能够吸收多个低能量的长波辐射,经过光子加和之后发出高能量短波辐射的一类材料,这种独特的转换性质使其受到了人们越来越多的关注.上转换发光现象属于光致发光,随着研究的深入,它的应用也越来越广泛,如在食品检测、生物成像、免疫分析、癌症治疗等方面有了广泛的应用和发展.主要对上转换材料的转换机理、制备方法以及在实际中的应用进行综合分析.【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2017(024)005【总页数】4页(P50-53)【关键词】上转换;光致发光;稀土掺杂【作者】崔庚彦;丁楠【作者单位】河南工业职业技术学院, 河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000【正文语种】中文当今世界科技的发展日新月异，人类社会的发展一刻也离不开能源、信息和材料。
现代光谱分析-2-上转换
80年代后期，随着泵浦源、上转换材料的进展和对 激光机理研究的深入，上转换发光研究进入一个新 的时期。上转换激光器可以在红、绿、蓝、紫外的 宽广波段实现众多的激光谱线，并且在一定的波段 范围内可调，利用储能效应容易获得高峰值功率输 出，并且在多摸二级管激光泵浦下很容易获得好的 基摸输出。它弥补了半导体激光向短波方向发展的 困难与不足，在全色显示、光信息存储、生物医疗、 传感器及海底光通讯等方面显示出广阔的应用前景。 1986年， Sliver smith用BaY2F8: Er 3＋首次实现了 连续波上转换激光;1987年，AntiPenko用BaY2F8: Er 3＋首次实现了室温下的上转换激光。
P∝N0N1
合作上转换( CU）
CU 过程发生在同时位于 激发态的同一类型的离子之 间, 可以理解为三个离子之 间的相互作用, 其原理如图4 所示: 首先同时处于激发态 的两个离子将能量同时传递 给一个位于基态能级的离子 使其跃迁至更高的激发态能 级, 而另外两个离子则无辐 射驰豫返回基态。
图4 合作上转换图示
合作上转换的一个明显特征就是不存在与发射光子 相匹配的能级。CU 过程是稀土离子之间的相互作用， 强烈依赖于稀土离子的浓度，一般情况下高掺杂浓度 时容易发生合作上转换发光。
“光子雪崩”(Photon Avalanche)
“光子雪崩”过程引起的上转换发光是1979 年Chivian等研究Pr3+ 离子在LaCl3 晶体中的上 转换发光时首次提出的，当时并未认为它是主 要抽运机制。随后十几年，相继报道了在不同 基质材料中掺不同稀土离子的光子雪崩现象， 如Tm3+:LaF3, Tm3+:CaF2等。
2-1 上转换发光的发展历史
2-2 稀土元素的上转换发光 2-3 上转换纳米颗粒及生物 学应用 2-4上转换发光成像技术与 靶向成像应用
上转换发光材料
上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。
本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。
1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。
迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。
80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。
1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。
2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。
上转换发光技术研究报告讲解
针对上转换发光PCT定量检测（如：热景）对
上转换发光定量的PCT定量检测 （如：热景）
万孚飞测®PCT定量检测
稀土离子荧光颗粒和上转换发光存在技术 标记抗体富集纯化：临床诊断更特异，更
问题, 技术不够成熟
准确，技术成熟
标准曲线范围相对较窄，线性范围窄（只 能测量到50ng/ml，0.01~50 ng/ml）及灵敏 度不足
APTE为光子添加能量转移过程, ESA为激发态吸收, COS 为合作敏化, COL 为合作发光过程, TPAE为双子光激发过程, PA 为光子雪崩过程。
2012，上转换荧光技术在食品安全检测中的应用
技术背景
UCP颗粒作为生物标记物在1995年便已引起了美国军方的重视，在国 防部下属DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）的大 力支持之下，开发了基于上转换发光技术的手持式传感器（UPTbased handheld sensor）以及流式细胞仪（Compact UPT-based flow cytometers），用于对战场上可能使用的多种生物战剂进行快速的预 警与鉴定。
UCP颗粒的上转换发光是“低能光激发、高能光发射”； 一般荧光颗粒是“高能光激发、低能光发射”的，也叫下转换发光。
技术背景
上转换发光的机制分为激发态吸收(excited state absorption, ESA)、能量 转移(energy transfer, ET)和光子雪崩(photon avalanche, PA)三个过程,完成 上转换发光过程大致需要六个步骤：
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上转换发光技术研究报告
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技术背景
上转换发光技术(up-converting phosphor technology, UPT)：利用UCP颗粒 （稀土离子）作为荧光材料，通过吸收较低能量的长波红外光, 发射高能 量的短波可见光来实现能量上转换，此现象称反Stokes 效应。
上转换发光
上转换技术的应用进展
上转换发光材料在诸领域有着潜在的应 用前景。目前国际国内研究工作主要是 围绕在上转换激光器、三维立体显示、 生物荧光标记等方面进行。
（一）上转换激光器
能量转移 ( ET)
光子雪崩过程( PA)
1979 年Chivian等研 究Pr 3 + 离子在 LaCl 3 晶体中的上转换发光 时首次提出。 “光 子雪崩”是 ESA 和 ET 相结合的过程
上转换发光分类
上转换发光优点
降低光致电离作用引起基质材料的衰退 ; 不需要严格的相位匹配, 对激发波长的稳
定性要求不高; 输出波长具有一定的可调谐性。
掺杂Er3+的材料
通过两步或者更多步 的光子吸收实现上转 换过程。单掺Er3+的 材料，吸收 800 nm 的辐射，跃迁至可产 生绿色发射的4S3/2能 级。
图 800nm条件下 Er 3+ 离子的上转换发光机制
Bi2 WO6 ∶Er 3+
范等利用用水热法合成了花状 Bi2 WO6 ∶Er 3+球 型样品具有纯绿色上转换荧光， Er 3+ 离子的掺 杂提高了罗丹明 B 的吸附量以及 Bi2 WO6光催化 活性。
The end Thank you!
上转换材料的发展前景
节能环保是当今世界的主流, 扩大上转 换材料的应用范围自然也要以此为出发 点, 因此以上转换材料作为白光LED的荧 光物质是个不错的选择。目前, 市场上 的白光LED都是以紫外光激发的下转换材 料为荧光物质, 存在专利垄断、荧光物 质性能要求高、价格昂贵等问题。如果 能够研制出白光LED用上转换荧光物质, 将填补红外激发白光LED的空白, 市场前 景巨大。
上转换发光基本知识资料讲解
上转换发光分类
上转换材料的合成
上转换合成的方法： 1.高温固相法合成法 2.水热合成法 3.溶胶-凝胶法 4.共沉淀法
上转换材料的合成
（一）高温固相法合成法
利用所需氧化物高纯粉料,按化学计量比配料 混合均匀, 经高温煅烧后形成具有一定粒度的上转 换发光粉料[16]。是目前合成上转换材料的主要方 法之一。
1966年，Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时， 发现当基质材料中掺入Yb3+离子时，在 红外光激发下Er3+、Ho3+和Tm3+离子的可 见发光提高了两个数量级，由此正式提 出了“上转换发光”的观点。
上转换发光的概念
上转换发光又称为反-斯托克斯发光（AntiStokes），斯托克斯定律认为材料只能受到 高能量波长短的光激发，发出低能量长波 长的光。而上转换发光认为长波长光激发 下，可持续发射波长比激发波长短的光。
上转换材料的合成
（三）溶胶-凝胶法 用含高化学活性组分的化合物前驱体, 在液相下
将这些原料均匀混合, 并进行水解、缩合反应, 在溶液中 形成稳定的透明溶胶体系。溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合, 形成三维网络结构的凝胶, 凝胶经干燥、烧结得到所需产 品[17]。是一种湿化学合成法。
分类：水溶液溶胶-凝胶法、醇盐溶液-凝胶法
上转换过程形式
（四）共沉淀法 又称“化学沉积法”，以水溶性物质为原料，通
过液相化学反应，生成难溶物质前驱化合物从水溶液中沉 淀出来，经过洗涤、过滤、煅烧热分解而制得超细粉体发 光材料。
影响因素：溶液组成、浓度、温度、时间等。
上转换过程形式
优点：操作简单、流程短、能直接得到化学成分均一的粉体 材
料，可精确控制粒子的成核和长大，得到粒度可控、 分
上转换发光材料
上转换发光材料作者：XXX 学号：XXXXXXXX 一、上转换材料的简介上转换发光，即：反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
自1959年出现上转换发光报道以来，世界各地对其进行了广泛而深入的研究。
90年代初，随着大功率LD的出现，上转换材料迎来了发展高峰。
近年来，随着激光技术的不断改进和新激光材料的不断出现，激光泵浦产生的频率上转换发光在全固化紧凑可见光激光器、光纤放大器等方面的应用，引起了人们极大的兴趣，并取得了很大的进展。
二、上转换材料的分类对上转换材料的分类一般有两种分类方法，一是根据掺杂离子，一是根据基质材料。
根据掺杂离子分类可将上转换材料可分为单掺和双掺两种。
单掺材料利用稀土离子f-f 禁戒跃迁，效率不高。
双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实现上转换过程。
根据基质材料可分为5类，包括氟化物、氧化物、氟氧化物、卤化物和含硫化合物。
其中就上转换发光效率而言，一般认为氯化物＞氟化物＞氧化物，这是单纯从材料的声子能量方面来考虑的，这个顺序恰与材料的结构稳定性顺序相反。
三、上转换材料的发光机理稀土离子的上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁产生的。
大体上可将上转换过程归结为三种形式：激发态吸收，能量转移和光子雪崩。
2.1激发态吸收（ESA）激发态吸收过程（ESA）是是一种最为常见的上转换发光过程，其原理见图1所示：发光中心处于基态能级E1上的离子吸收一个能量为Φ1的光子跃迁至中间亚稳态E2能级。
上转换发光材料
上转换发光材料上转换发光材料是一种新型的发光材料，它具有许多优异的性能，因此在光学领域有着广泛的应用前景。
上转换发光材料是指能够将高能光转换成低能光的材料，其发光原理是通过吸收高能光子，然后重新辐射出低能光子。
这种发光材料不仅可以提高光电器件的效率，还可以拓展其应用范围，因此备受关注。
上转换发光材料的研究和应用已经取得了一系列的成果。
其中，稀土离子是上转换发光材料中的重要组成部分。
稀土离子具有丰富的能级结构和多种跃迁方式，能够实现多种波长的发光，因此被广泛应用于上转换发光材料中。
此外，纳米材料也是上转换发光材料的研究热点之一。
通过调控纳米结构，可以有效地改善材料的发光性能，提高其量子效率和稳定性。
在实际应用中，上转换发光材料具有广阔的市场前景。
首先，在光通信领域，上转换发光材料可以用于制备高效的波长转换器件，用于光信号处理和光通信网络的构建。
其次，在生物医学领域，上转换发光材料可以作为荧光探针，用于生物标记、细胞成像和药物传递等方面。
此外，上转换发光材料还可以应用于太阳能电池、显示器件、激光器件等领域，为这些领域的发展提供新的可能性。
然而，上转换发光材料在实际应用中还存在一些挑战和问题。
例如，目前上转换发光材料的量子效率和稳定性还有待提高，这需要在材料设计和制备工艺上进行进一步的研究和优化。
此外，上转换发光材料的成本也是一个需要解决的问题，如何降低材料的制备成本，提高其在大规模生产中的可行性，是当前亟需解决的问题。
总的来说，上转换发光材料是一种具有广阔应用前景的新型材料，其在光学领域的研究和应用将会为光电器件的发展带来新的机遇和挑战。
随着科学技术的不断进步，相信上转换发光材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的发展做出更大的贡献。
有机上转换发光材料
有机上转换发光材料
有机上转换发光材料是一种新型材料，以其独特的性能引起广泛关注。
这种材料在光电子技术、生物成像、发光器件、显示技术等领域具有
广泛的应用前景。
本文将介绍有机上转换发光材料的基本原理、制备
方法、应用前景等方面内容。
有机上转换发光材料的基本原理是通过分子内的反转换(t-T)，将传统
发光方式由荧光(F)转变为磷光(P)。
在传统的荧光材料中，电子在吸收光子后，在几纳秒的时间内就退回到基态并释放出光子。
而在有机上
转换发光材料中，电子在吸收光子后，被激发到t-T的激发态，然后
在过渡态上停留更长的时间，进而释放出更多的光子，从而达到更高
的光效。
在制备有机上转换发光材料时，可以采用微波辐射、溶液混合等不同
的方法。
其中，以微波辐射为主的绿色制备方法具有快速、高效、晶
体品质好等优点。
通过采用不同的制备方法，可以得到不同形态、不
同性能的材料。
在应用方面，有机上转换发光材料具有广泛的应用前景。
在光电子技
术中，可以用于发光器件和太阳能电池等领域。
在生物成像方面，这种材料的稳定性和降低轻碳污染的特性，使其成为细胞成像等方面的理想材料。
在显示技术方面，这种材料的高发光效率和宽波长调制范围，也使其具有广泛的应用前景。
综上所述，有机上转换发光材料作为一种新型材料，具有独特的性能和广泛的应用前景。
在未来，随着科技的不断发展，这种材料将会有更广泛的应用。
现代光谱分析-2-上转换
❖ 1973年，以Auzal及Wright详细研究了稀土离子掺 杂的材料由激发态吸收，能量传递，以及合作敏化
轻稀土组： 镧lán La、铈shì Ce、镨pǔ Pr 、钕nǚ Nd、 钷pǒ Pm 中稀土组： 钐shān Sm 、铕yǒu Eu、钆gá Gd、铽tè Tb、 镝dī Dy 重稀土组： 钬huǒ Ho、铒ěr Er、铥diū Tm、镱yìYb、 镥lǔ Lu
稀土离子区分于其它光激活离子的重要的性 质是:在非常窄的波长范围内有光吸收和辐射，而 且吸收和辐射的波长对基质材料不敏感，跃迁强 度较弱，亚稳态寿命较长，有较高的量子效率。 这些特性源于吸收和辐射过程中包含的电子态的 性质，并使得稀土离子在许多光学应用中都有良 好的表现。
➢激发态吸收(Excited State Absorption)
➢能量传递(Energy Transfer)
➢“光子雪崩”(Photon Avalanche)
激发态吸收(ESA Excited state absorption）
➢稀土离子有许多长寿命的亚稳态，这是稀 土可以作为激光和荧光材料的优越条件。
由于稀土离子外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f 电子态之间的跃迁受基质的影响很小，能形成稳定的发 光中心。稀土离子能级之间的跃迁属于禁戒的f-f跃迁， 因此有长的能级寿命
上转换的机理尽管有许多不同的提法,但 其本质都是一样的。目前,可以把上转换过程 的机理归结为三种形式:
上转换发光技术工艺
上转换发光技术工艺发光技术工艺是一种将电能转化为光能的技术，广泛应用于照明、显示和电子设备等领域。
本文将从发光材料、发光原理、发光工艺和应用领域等方面对发光技术工艺进行介绍。
一、发光材料发光技术工艺的核心是发光材料。
目前常见的发光材料有无机材料、有机材料和半导体材料。
无机材料主要包括荧光粉、磷光体和发光陶瓷等，具有发光稳定、光效高等优点。
有机材料则以有机分子为基础，具有发光颜色丰富、制备成本低等特点。
而半导体材料则是目前应用最广泛的发光材料，主要包括氮化物、磷化物和硅基发光材料等。
二、发光原理发光技术工艺的发光原理主要有电致发光和化学发光两种。
电致发光是指通过电流激发发光材料中的电子，使其跃迁到激发态，再返回基态时释放出能量而产生光。
典型的例子是LED（发光二极管），通过半导体材料正向电流激发电子，使其跃迁并发光。
化学发光则是指在化学反应中产生发光现象，如荧光染料和荧光标记物等。
三、发光工艺发光技术工艺包括制备、封装和应用三个环节。
制备是指根据不同的发光材料选择合适的工艺方法，如溶液法、气相沉积法、蒸发法等，制备出所需的发光材料。
封装则是将发光材料封装到合适的器件中，如LED封装到LED芯片中。
应用则是将发光器件应用到实际生活中，如LED灯泡、显示屏和激光器等。
四、应用领域发光技术工艺在照明、显示和电子设备等领域有着广泛的应用。
在照明领域，发光二极管（LED）具有高光效、长寿命等优点，被广泛应用于室内照明、汽车照明和户外照明等。
在显示领域，有机发光二极管（OLED）具有高对比度、广视角等特点，被广泛应用于手机屏幕、电视屏幕和电子书等。
在电子设备领域，发光技术工艺也被应用于激光器、光通信和光存储等。
总结起来，发光技术工艺是一种将电能转化为光能的技术，通过发光材料的选择和制备，以及发光原理的应用，实现了发光器件的制备和封装。
这种技术在照明、显示和电子设备等领域有着广泛的应用，为人们的生活带来了便利和舒适。
上转换发光材料
上转换发光材料上转换发光的概念：上转换发光是在长波长光激发下，可持续发射波长比激发波长短的光。
本质上是一种反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，即辐射的能量大于所吸收的能量。
斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。
比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。
但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。
上转换发光技术的发展：早在1959年就出现了上转换发光的报道，Bloembergc在Physical Review Letter上发表的一篇文章提出，用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm绿色发光。
1966年Auzcl在研究钨酸镱钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见发光几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点。
整个60－70年代，以Auzal 为代表，系统地对掺杂稀土离子的上转换特性及其机制进行了深入的研究，提出掺杂稀土离子形成亚稳激发态是产生上转换功能的前提。
迄今为止,上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变成可见光。
80年代后期，利用稀土离子的上转换效应，覆盖红绿蓝所有可见光波长范围都获得了连续室温运转和较高效率、较高输出功率的上转换激光输出。
1994年Stanford大学和IBM公司合作研究了上转换应用的新生长点——双频上转换立体三维显示，并被评为1996年物理学最新成就之一。
2000年Chen 等对比研究了Er／Yb：FOG 氟氧玻璃和Er／Yb：FOV钒盐陶瓷的上转换特性，发现后者的上转换强度是前者的l0倍，前者发光存在特征饱和现象，提出了上转换发光机制为扩散．转移的新观点。
上转换发光 荧光强度增强 综述
上转换发光（Upconversion Luminescence，UCL）是一种具有特殊光学性质的发光材料，它能够将低能量的光转换成高能量的光，从而使荧光强度增强。
近年来，上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化等领域展现出了巨大的应用潜力。
在本文中，我们将对上转换发光原理、材料与应用进行深入的综述，帮助读者全面了解这一领域的最新进展和发展趋势。
一、上转换发光原理上转换发光原理是一种非线性光学过程，它基于能级跃迁和能量转移的原理。
当上转换材料受到辐射光激发时，发生能级跃迁，从而使得低能级的光子被转换成高能级的光子。
这一过程可以通过多种机制实现，包括能级跃迁、受激辐射和多光子吸收等。
通过精心设计材料的结构和成分，可以实现不同波长的上转换发光，从可见光到近红外光甚至紫外光。
二、上转换发光材料目前已经发现的上转换发光材料种类繁多，包括稀土离子掺杂的纳米颗粒、配位聚合物、过渡金属配合物等。
这些材料在上转换发光过程中具有不同的光学特性和应用潜力。
稀土离子掺杂的纳米颗粒具有较高的上转换效率和发光稳定性，适用于生物医学成像和生化传感。
而配位聚合物和过渡金属配合物则具有较宽的光学带隙，适用于光催化和光储能等领域。
三、上转换发光应用上转换发光材料在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域具有重要的应用价值。
在生物医学成像方面，上转换发光材料可以实现多模态成像，同时具有较高的空间分辨率和深度穿透能力，有望成为下一代生物成像技术的主要发展方向。
在生化传感方面，上转换发光材料可以实现高灵敏度和高选择性的生化分析，有望应用于临床诊断和药物筛选等领域。
在光催化和光储能方面，上转换发光材料可以实现可见光响应的高效能量转换，具有巨大的环境和能源应用前景。
四、个人观点与展望从我个人的角度来看，上转换发光作为一种新型发光材料，具有广阔的应用前景和科研价值。
我认为，未来上转换发光材料将在生物医学成像、生化传感、光催化、光储能等领域发挥重要作用，并引领光学材料和光电器件的发展方向。
上转换材料及其发光机理
2、掺杂Yb3+和Tm3+的材料
通过三光子上转换过程，可以 将红外辐射转换为蓝光发射。 第一步传递之后，Tm3+的3H5 能级上的粒子数被积累，他又 迅速衰减到3F4能级。在第二 步传递过程中，Tm3+从3F4能 级跃迁到3F2能级，并又快速 衰减到3H4。紧接着，在第三 步传递中，Tm3+从3H4能几月 前到1G4能级，并最终由此产 生蓝色发射。
10-6
10-8 10-11 10-13
YF3;Yb3+,Tb3+
YbPO4 KH2PO4 CaF2;Eu2+
二、上转换材料
1、掺杂Yb3+和Er3+的材料
Yb3+(2F7/2→2F5/2)吸收近红外辐射， 并将其传递给Er3+，因为Er3+的 4I 4 11/2能级上的离子被积累，在 I11/2 能级的寿命为内，又一个光子被 Yb3+吸收，并将其能量传递给Er3+， 使Er3+离子从4I11/2能级跃迁到4F7/2 能级。快速衰减，无辐射跃迁到 4S ，然后由4S 能级产生绿色发 3/2 3/2 射（ 4S3/2 → 4I15/2 ），实现以近红 外光激发得到绿色发射。
发光要求
为了有效实现双光子或多光子效应，发光中心 的亚稳态需要有较长的能级寿命。稀土离子能级之间的跃迁 属于禁戒的f-f 跃迁，因此有长寿命，符合此条件。
能级3-2之间能量差与能级2-1之间的能量差相等。若某一辐射 的能量与上述能量差一致，则会发生激发，离子会从1激发到2， 如果能级2的寿命不是太短，则离子从2激发到3.最后就发生了 从3到1的发射。
现代光谱分析-2-上转换
80年代后期，随着泵浦源、上转换材料的进展和对 激光机理研究的深入，上转换发光研究进入一个新 的时期。上转换激光器可以在红、绿、蓝、紫外的 宽广波段实现众多的激光谱线，并且在一定的波段 范围内可调，利用储能效应容易获得高峰值功率输 出，并且在多摸二级管激光泵浦下很容易获得好的 基摸输出。它弥补了半导体激光向短波方向发展的 困难与不足，在全色显示、光信息存储、生物医疗、 传感器及海底光通讯等方面显示出广阔的应用前景。 1986年， Sliver smith用BaY2F8: Er 3＋首次实现了 连续波上转换激光;1987年，AntiPenko用BaY2F8: Er 3＋首次实现了室温下的上转换激光。
交叉驰豫( CR）
CR 可以发生在相同或不 同类型的离子之间。 其原理如图3: 同时位于激 发态上的两个离子, 其中一 个离子将能量传递给另外一 个离子使其跃迁至更高能级 , 而本身则无辐射驰豫至能 量更低的能级。
图3
交叉弛豫图示
交叉弛豫的产生几率P有如下关系式： 这里，N0、Nl分别为两个相关能级的粒子数 ，此关系式说明交叉弛豫的产生几率P与两个相 关能级的粒子数N0、Nl成正比。 另外，当相关的能级相同时，交叉弛豫可能 会引起敏化剂离子间的扩散过程，此过程没有能 量损失;而当相关的能级不同时，交叉弛豫则可 能会引起自猝灭，此过程伴随能量损失或者伴随 发射光子的能量变化。
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一.双光子吸收
几种基本的上转量共振传递
几种基本的上转换过程
四.光子雪崩
几种基本的上转换过程
五.其他
合作敏化 合作发光
TTET-TTA过程
In order to observe bimolecular quenching of the triplet excited state of the sensitizer the triplet acceptor energy must be lower than the triplet energy of the sensitizer. The greater the energy difference between the triplet sensitizer and triplet acceptor, the greater the driving force for this reaction and generally speaking, the more favorable the triplet energy transfer process. It is also advantageous to use acceptors/annihilators with near unity fluorescence quantum yields since this value ultimately contributes to the overall upconversion quantum efficiency. The sensitizer (donor) molecule is chosen so that its singlet excited state lies below that of the acceptor's singlet manifold while the sensitizer's triplet state lies above that of the acceptor. In essence, the singlet and triplet excited states of the sensitizer should be strategically nested between the singlet and triplet excited states of the acceptor/annihilator. As long as these specific energy criteria are met and the combined triplet energy from two acceptor molecules is greater than or equal to the acceptor's singlet state energy, then conditions are appropriate for the observation of upconverted fluorescence from the sample
镧 系 三 价 离 子 能 级 图
实例（1） Yb/Er, Yb/Tm
Journal of Alloy and Compounds Volume 509,Issue 5, 10 February 2011
实例（1）Yb/Er, Yb/Tm
实例（2）Yb/Ho/Ce, Yb/Ho
实例（2）Yb/Ho/Ce, Yb/Ho
实例(3)
Gd(Ⅲ) 的能量传递
实例（4）Mn(Ⅱ)的参与
实 例 （ ） 的 参 与 Mn 4
实 例 （ ） 的 参 与 Mn 4
未完待续。。。