一、980nm激發NaYF4:Yb3+/Er3+納米晶的光譜特性
（1）樣品形貌與結構表征
利用油熱法合成NaYF4:Yb3+/Er3+納米晶。
（2）光譜特性及頻率上轉換機製
從em∝Pn(4.3-1)
其中n表示產生此熒光輻射所需泵浦光子的數目。對等式兩邊同時取對數，可得：
lg（Iem）∝nlg（P）(4.2-2)
即在雙對數坐標下，頻率上轉換熒光輻射強度隨泵浦激光功率變化的斜率就是光子過程數目n。
二、980nm激發NaYF4:Yb3+/Ho3+納米晶的光譜特性
（1）980nm激發下的光譜特性
采用共沉澱法製備NaYF4:2mol%Ho3+，20mol%Yb3+納米晶。
我們觀測到了Ho3+離子最短的紫外上轉換熒光帶，其中心在247nm和290nm。247nm處的熒光帶來源於3F4/5D4→5I8能級躍遷，並在
（2）紫外輻射的頻率上轉換過程
由
表4.3-1980nm二極管激光激發下NaYF4:Yb3+（20%）/Ho3+（2%）粉末所有上轉換熒光的實驗斜率n值
Transitionnvalues
n(0.26-23.7W/cm2)n(23.7-37.9W/cm2)
(5G,5D,3G)4→5I8(290)3.402.30
(5F,3F,5G)2→5I8(360)1.72#1.15
5G4→5I8(385)1.851.23
5G5→5I8(418)1.67#1.15
5G6→5I8(445)1.892.34
5F2,3→5I8(485)1.66#1.10
5S2/5F4→5I8(540)1.26#1.17
5F5→5I8(642)1.33#1.15
5S2/5F4→5I7(750)1.26#1.17
2F5/2→2F7/2(1000)0.950.95
Yb3+離子傳遞能量給處於(5F,3F,5G)2或5G4能級的Ho3+離子將其激發到(5G,5D,3G)4能級，這可能是最直接的方式。然而，這種機製不可能發生。原因是如果此機製發生的話，290nm熒光的斜率值在激發功率密度為0.26-23.7W/cm2的範圍內理論上應該為n=2.8，這遠小於實驗值n=3.4（參考表4.3-1）。盡管290和445nm紫外上轉換熒光在0.26-23.7W/cm2低功率密度範圍內n值不同，但它們在23.7-37.9W/cm2高功率密度範圍內具有相同的n值。這說明了這兩個紫外熒光的輻射能級可能被同一種上轉換機製所布局。基於此，我們提出交叉馳豫過程(5F,3F,5G)2+(5F,3F,5G)2→(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)+5G6，同時布局5G6和(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)態。Yb3+離子則可以傳遞能量給(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)態的Ho3+離子將其激發到5D1態，然後無輻射弛豫到(3F,5D)4態產生240nm的紫外上轉換熒光。值得說明的是交叉馳豫過程和來自於(5F,3F,5G)2和5G4態的無輻射馳豫過程同時競爭參與布局5G6態，但在高功率密度時交叉馳豫過程占主導地位。
為了證實我們提出的紫外-藍光的上轉換機製並給出理論描述，我們采用以下的速率方程：
0=W0NYb1N0-R#1.1-W1NYb#1.1(4.3-1)
0=W1NYb#1.1-R4N4(4.3-2)
0=Q6N6+CN72-R5N5(4.3-3)
0=W2NYb1N2-R6N6-W6NYb1N6(4.3-4)
0=W3NYb1N3-2CN72-R7N7(4.3-5)
0=CN72-R8N8+W8NYb1N8(4.3-6)
NYb1=σI(4.3-7)
其中N（Wi，Ri）（i=0,1,2,3,4,5,6,7,8）分別是Ho3+離子5I8，5I5，5F5，5S2/5F4，5F2,3，5G6，5G4,5，(5F,3F,5G)2和(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)能級的粒子數密度（Yb3+離子的能量傳遞速率，輻射速率）；NYb0和NYb1是Yb3+離子基態和激發態的粒子數密度；Q6是(5F,3F,5G)2和5G4,5能級聲子輔助的無輻射馳豫速率；C是(5F,3F,5G)2+(5F,3F,5G)2→(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)+5G6交叉弛豫過程的係數；I是激光光子數密度；σ是Yb3+離子的吸收截麵。在下麵的討論中，5G4和5G5能級被標注為同一能級5G4,5，因為它們表現出完全一樣的動力學行為並且他們在整個功率密度範圍內表現出一樣的n值變化.
為了使重點比較清楚，綠紅光的n值不加以解釋直接作為事實應用於對紫外-藍光區的理論分析中。根據表4.3-1，綠紅光在整個功率密度範圍內大致表現為n=1，即N1和N3在0.26-37W/cm2功率密度範圍內與I呈線性依賴關係。
在0.26-27.3W/cm2低功率密度範圍內，由於激光的功率比較低假定5I5、5G4,5和(5F,3F,5G)2能級上的上轉換速率遠小於其輻射速率。則在公式（4.3-1）-（4.3-7）忽略上轉換速率項，經過簡單計算我們得到：
N4=(W0W1N0/R1R4)NYb12∝I2(4.3-8)
N5=(Q6W2/R5R6)N2NYb1∝I2(4.3-9)
N6=(W2/R6)N2NYb1∝I2(4.3-10)
N7=(W3/R7)N3NYb1∝I2(4.3-11)
N8=(C/R8)N72∝I4(4.3-12)
在27.3-37.9W/cm2高功率密度範圍內，由於激光的功率比較高從而假定5I5、5G4,5和(5F,3F,5G)2能級上的上轉換速率遠大於其輻射速率。則在公式（4.3-1）-（4.3-7）忽略線性弛豫項，經過簡單計算我們得到：
N4=(W0N0/R4)NYb1∝I(4.3-13)
N5=(C/R5)N72=(W3/2R5)N3NYb1∝I2(4.3-14)
N6=(W2/W6)N2∝I(4.3-15)
N7=(W3N3NYb1/2C)1/2∝I(4.3-16)
N8=(C/R8)N72∝I2(4.3-17)
公式（4.3-13）-（4.3-15）標明5F2,3、5G4,5和(5F,3F,5G)2能級在高功率密度時與泵浦功率呈線性依賴關係，而5G6和(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)能級則成平方依賴關係。理論結果與表4.3-1中的實驗結果符合的很好，即即5F2,3、5G4,5和(5F,3F,5G)2能級的n值分別為n=#1.10、#1.15和#1.15；5G6和(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)能級的n值分別為n=2.34和2.30。值得說明的是n=2.34和2.30比理論值n=2要大一些；這主要是因為我們在得到公式（4.3-13）-（4.3-15）時完全將將輻射弛豫項忽略。考慮到(5F,3F,5G)2態的實驗值n=#1.15，則公式（4.3-17）將給出5G6和(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)能級的理論值是n=2.30。這與實驗數值符合得很好。從上麵的討論中，我們發現提出的交叉馳豫過程能很好地解釋觀察到的所有實驗現象，並能很好的解釋445nm(5G6→5I8)上轉換熒光的反常n值行為。
我們係統觀察研究了紅外誘導Ho3+的紫外以及藍光上轉換熒光，並報道了Ho3+離子247和290nm最短的上轉換熒光。來源於Yb3+離子的三次能量傳遞將Ho3+離子布局到(5F,3F,5G)2，5G4和5G5能級，接著通過交叉弛豫過程(5F,3F,5G)2+(5F,3F,5G)2→(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)+5G6布局(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)能級和5G6能級。此外，來源於Yb3+離子的再次能量傳遞能將處於(5G,5D,3G)4/(3L8,3M10,3P1,3D3)的Ho3+離子激發到(3F,5D)4能級。基於穩態速率方程的理論分析則證實了我們提出的上述機製並且能很好解釋觀察到的飽和現象。
三、Ce3+對NaYF4:Yb3+/Ho3+納米晶的光譜調製
（1）樣品形貌與結構表征
采用水熱法製備NaYF4納米晶摻雜20mol%Yb3+，2mol%Ho3+和（0，3，7，10，15mol%）Ce3+離子。在反應體係中Ln3+/NaF/EDTA的摩爾比為1:4:1。
（2）Ce3+對Ho3+的光譜調製
為了清晰地顯示Ce3+離子對光譜的調製能力，所有熒光曲線規一化到
（3）光譜調製的物理機製
NaYF4:Yb3+/Ho3+/Ce3+納米晶上轉換綠光產生的機製應與NaYF4:Yb3+/Ho3+納米晶相同。因為Ce3+離子隻有3000cm-1能級，而根據能量守恒定律，它隻能影響大約為3000cm-1能量傳遞過程。我們注意到隨著Ce3+離子濃度的增大，NaYF4:Yb3+/Ho3+納米晶中綠色紅比在一直增加。這說明Ce3+離子的作用是將綠光輻射能級5S2/5F4和其中間態5I6能級的粒子數搬運到紅光輻射能級5F5以及其中間態5I7能級。即，原來NaYF4:Yb3+/Ho3+納米晶中的二個無輻射弛豫過程被兩個共振的交叉弛豫過程5S2/5F4(Ho)+2F5/2(Ce)→5F5(Ho)+2F7/2(Ce)(CR1)和5I6(Ho)+2F5/2(Ce)→5I7(Ho)+2F7/2(Ce)(CR2)取代。