稀土元素以其特有的电子结构被广泛应用于发光材料的制备，稀土离子的发光过程主要是通过稀土离子的4f电子在不同能级之间跃迁产生的，4f电子吸收能量后从高能级以辐射驰豫方式跃迁至低能级同时发射不同波长的荧光，因而具有良好的荧光特性、发光色度纯、物化性质稳定、转换效率高等特点，正是由于这些优异荧光性能使得稀土离子成为探寻高科技材料的主要对象，并被广泛应用在发光、显示，太阳能电池光电转换，生物荧光成像等各种领域。最近，稀土离子掺杂发光材料的能级结构、光谱特性以及如何提高发光量子效率已经成为当前热门研究课题。

目前稀土离子发光材料的上转换发光研究大多采用的是连续光激发，在连续光激发下上转换发光的主要机制是能量转移和激发态吸收。然而，张诗按研究员课题组则提出利用飞秒激光场诱导产生并控制稀土离子掺杂纳米晶体上转换发光。由于飞秒激光具有高强度，宽光谱的特点，飞秒激光激发下的稀土离子上转换发光有了更为复杂的发光机制，除能量转移和激发态吸收外，还包含了非共振多光子吸收过程，因此可以提供更多激发路径来控制稀土离子掺杂发光材料上转换发光。通过对飞秒激光光谱相位、幅度和偏振进行多维调制，该研究小组实现了稀土离子（Er^3+, Sm^3+, Eu^3+, Er^3+, Yb^3+,等）掺杂纳米晶体材料上转换发光精密控制，包括上转换发光抑制，增强和彩色调谐 [Sci. Rep. 4, 7295 (2014)、 5, 13337 (2015)；Appl. Phys. Lett. 103, 194104 (2013)、 104, 014101 (2014)；RSC Advances 6, 3440 (2016)；J. Mat. Sci. 51, 5460 (2016); J. Phys. Chem. A, 120, 5522, (2016)]。该研究是通过一种纯光学控制手段来操控稀土离子掺杂微晶玻璃上转换发光，相对于早期研究中通过改变材料的结构和性质不同，这种方法需要制备一系列材料才能达到上转换发光控制效果，而该研究通过控制飞秒激光场形状就可以在单一材料中实现，因而在材料制备上具有更大的优势，同时在稀土离子掺杂微晶玻璃相关应用领域也具有更大发展前景。