三价稀土离子可以有效的实现近红外到可见光、紫外光的上转换发光，在激光器、三维显示、LED、生物荧光标记成像等领域具有广泛的应用价值。为了进一步拓展应用前景，包括Tm³⁺离子在内的稀土离子上转换荧光的机制一直都是人们研究的热点，对该问题的深入理解将大大推动高效发光纳米材料的制备。实验室的精密光谱交叉应用研究小组制备了不同浓度的Tm：NaYF₄纳秒颗粒和Tm：Yb：NaYF₄纳秒颗粒，并用800nm连续激光激发，研究发光强度与激光功率和掺杂浓度的依赖关系。将800nm与471nm，657nm，980nm，1550nm激光组合，深入研究、甄别不同能级的激发态吸收、能量转移、交叉弛豫、多声子弛豫等过程在上转换发光过程中所起的作用。研究结果表明激发态吸收³H₆→³H₄~~³H₅→¹G₄是481nm和651nm发光的主要机制，两种能量传递过程¹G₄+³H₄→¹D₂+³F₄在456nm发光过程中起主要作用。相关研究成果发表在phys. Chem. Chem. Phys. 18, 25905 (2016)。

图1  实验装置示意图。

                  图2  Tm3+离子的能级图与（a）481nm发光和（b）456nm发光的可能过程。

      实线箭头表示的激发态吸收，点线箭头是多声子弛豫，短线箭头是能量转移上转换过程。