花景田，陳寶玖，孫佳石，程麗紅，仲海洋

（1.長春職業(yè)技術學院，吉林長春130033；2.大連海事大學物理系，遼寧大連116026）

稀土摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光

花景田1，2，陳寶玖2，孫佳石2，程麗紅2，仲海洋2

（1.長春職業(yè)技術學院，吉林長春130033；2.大連海事大學物理系，遼寧大連116026）

稀土摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光是實現(xiàn)光波頻率轉(zhuǎn)換的重要途徑，也是稀土摻雜發(fā)光材料研究的重要內(nèi)容。本文從介紹與上轉(zhuǎn)換相關的基本概念出發(fā)，闡述了稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光的發(fā)展歷史；對稀土離子摻雜材料的能量傳遞、激發(fā)態(tài)吸收、合作敏化、合作發(fā)光、雙光子吸收激發(fā)及光子吸收雪崩等上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制進行了概述，并對各機制進行了比較；對不同稀土離子摻雜體系中上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機制進行了總結(jié)；對以往研究的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的基質(zhì)，包括粉體材料、晶體材料、非晶材料進行了概括；最后對影響稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的因素進行了分析，提出了在上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的設計中應重點考慮基質(zhì)對泵浦光及上轉(zhuǎn)換發(fā)射光的吸收、基質(zhì)材料的聲子能量、稀土離子的摻雜方案及泵浦途徑等因素。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光；稀土離子；基質(zhì)材料；摻雜發(fā)光；發(fā)光效率

1 引 言

在光學領域，上轉(zhuǎn)換也稱為升頻轉(zhuǎn)換或頻率上轉(zhuǎn)換，是指把長波長的光轉(zhuǎn)換成短波長的光。上轉(zhuǎn)換發(fā)光是用長波長的光激發(fā)某種材料，而該材料產(chǎn)生短波長發(fā)光。發(fā)光是非平衡態(tài)輻射過程，因此并不是所有的上轉(zhuǎn)換過程都是上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，例如諧波產(chǎn)生（和頻、差頻等）過程是平衡輻射過程，因此不是上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。頻率上轉(zhuǎn)換是反斯托克斯過程，因此上轉(zhuǎn)換發(fā)光也稱為反斯托克斯熒光。還有一類特殊的上轉(zhuǎn)換過程被稱為光激勵發(fā)光，它是在類似長余輝材料中發(fā)生的一種過程。在該類材料中電子陷阱很深，因此通過短波長的光激發(fā)而進入陷阱的電子不能被室溫熱激發(fā)釋放出來，必須通過能量高于阱深的光子（一般是紅外光）把電子激發(fā)出來，然后傳遞給發(fā)光中心，發(fā)射可見光［1，2］。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光在有機材料、半導體材料和稀土摻雜的無機材料中均已被觀察到。通常，有機材料中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光稱為多光子過程，并且效率較高，然而有機物的穩(wěn)定性較差，限制了其在很多領域的應用。目前，稀土離子摻雜的無機材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程研究較廣泛，這主要是由于無機材料比較穩(wěn)定，可應用于許多領域，例如紅外光探測、短波激光及生物熒光標記等。到目前為止，在稀土摻雜材料中實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率最高僅有6％。同時，還應該提到的是實現(xiàn)稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光必須滿足一定的激發(fā)功率密度，即使激發(fā)功率很大，而沒有足夠的激發(fā)功率密度也不能實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光。而光激勵發(fā)光材料則不同，在很低激發(fā)功率密度下就能實現(xiàn)強的上轉(zhuǎn)換發(fā)射，因此光激勵發(fā)光材料更適合用于光輻射劑量的探測。

2 國內(nèi)外上轉(zhuǎn)換發(fā)光的研究進展

上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象最早是在1959年采用960 nm的紅外光激發(fā)多晶ZnS時觀察到的。1962年，人們又在硒化物中觀察到上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，1966年，Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時，意外發(fā)現(xiàn)當基質(zhì)材料中摻入Yb3+離子時，Er3+、Ho3+和Tm3+離子在紅外光激發(fā)時，其發(fā)光效率幾乎提高了兩個數(shù)量級，由此正式提出了“上轉(zhuǎn)換發(fā)光”的概念［3］。

稀土摻雜材料上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象在大量的實驗中觀察到后，60至70年代，人們對其機理進行了詳細的研究。80年代初期，實現(xiàn)了閃光燈泵浦的上轉(zhuǎn)換激光，并進入了第一次研究高潮時期，但由于當時材料合成方法及泵浦源能量的限制使其發(fā)展受到了阻礙［4］。80年代后期，紅外大功率二極管激光器問世及其商品化，以及稀土摻雜的重金屬氟化物玻璃材料的制備成功使小型全固體上轉(zhuǎn)換激光的實現(xiàn)成為了可能，至此又掀起了研制上轉(zhuǎn)換激光器的第二次高潮［5］。1986年，已有報導Ti寶石激光器泵浦的上轉(zhuǎn)換激光器輸出功率已達到1W，半導體二極管激光器泵浦的上轉(zhuǎn)換激光器的輸出達到100 mW。上世紀末，人們對光纖的認識也給上轉(zhuǎn)換激光器的研究帶來了一定的啟發(fā)，上轉(zhuǎn)換光纖激光器的研究從而倍受重視［6］。但由于上轉(zhuǎn)換效率始終難以令人滿意，并且由于短波長半導體激光器的問世，使上轉(zhuǎn)換激光的研究進入了低潮。近兩年來，隨著世界各國對生命科學研究投入的加大，生物檢測、藥物靶標等研究受到了人們的廣泛重視。而上轉(zhuǎn)換發(fā)光是在紅外光激發(fā)下產(chǎn)生可見光的過程，因此，利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料作為熒光標記材料可以大大降低噪聲的影響。上轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)光材料，特別是納米級上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料又重新受到了重視，并且近年來出現(xiàn)了很多研究報道［7～10］。

3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機理

上轉(zhuǎn)換發(fā)光自從被人們認識以來，許多稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象都被觀察到［11～17］，上轉(zhuǎn)換發(fā)光的波長差不多覆蓋了可見及近紫外波段。不同稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光具體過程不同，相同稀土離子在不同的基質(zhì)中的上轉(zhuǎn)換過程也不同，同時摻雜濃度不同也會對上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程產(chǎn)生影響。如果拋開具體的稀土離子，上轉(zhuǎn)換發(fā)光可歸納為以下6種類型，如圖1中（A）～（F）所示。

圖1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理

圖1（A）的過程是發(fā)光中心稀土離子先接受一個供體離子傳遞的能量躍遷到中間激發(fā)態(tài)，然后再接受另一個供體離子的能量躍遷到發(fā)光能級，發(fā)射一個短波長的光子，即是APTE（Addition de Photons par Transfert d′Energie）效應。圖1（B）過程是發(fā)光中心稀土離子吸收一個光子躍遷到中間激發(fā)態(tài)后，再吸收一個激發(fā)光子躍遷到更高的激發(fā)態(tài)而發(fā)射短波光子，稱為激發(fā)態(tài)吸收，即ESA（Excited State Absorption）。圖1（C）所示的過程是兩個處于激發(fā)態(tài)的稀土離子同時躍遷回到基態(tài)后，而使發(fā)光中心處于較高的激發(fā)態(tài)，這個激發(fā)態(tài)發(fā)射短波光子的現(xiàn)象被稱為合作敏化，即COS（Co-Operative Sensitization），它與（A）過程的不同之處是不需要中間激發(fā)態(tài)的參與。圖1（D）是合作發(fā)光過程，即COL（Co-Operative Luminescence）的原理圖，也就是兩個處于激發(fā)態(tài)的稀土離子不通過第三個離子的參與而同時回到基態(tài)并發(fā)射短波長的光，它的一個明顯特征是發(fā)射光的能量是退激發(fā)離子能級能量的2倍，并且不存在與發(fā)射光子能量相匹配的能級，這也是它與（A）和（C）過程的重要區(qū)別。圖1（E）所示的是雙光子吸收激發(fā)過程，即TPAE（Two Photon Absorbed Excitation），這個過程是發(fā)光能級直接吸收兩個激發(fā)光子而發(fā)光，它與過程（B）的顯著區(qū)別是無需中間激發(fā)態(tài)的參與，與過程（D）的區(qū)別是不需要兩個處于激發(fā)態(tài)的離子，同時存在真實的發(fā)光能級。圖1（F）是在稀土摻雜材料中的光子雪崩過程，即PA（Photon Avalanche），光子雪崩上轉(zhuǎn)換也是近年來研究較多的上轉(zhuǎn)換機制，光子吸收雪崩上轉(zhuǎn)換與正常的激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換不同，它的特點是泵浦波長與摻雜稀土離子的基態(tài)能級的吸收波長相差較大，即不存在純粹的基態(tài)電偶極吸收躍遷，但存在較強的激發(fā)態(tài)吸收，并且稀土離子間存在較大的交叉弛豫幾率，實現(xiàn)雪崩上轉(zhuǎn)換發(fā)光的激發(fā)功率密度必須高于一定閾值，同時雪崩的建立需要較長的時間。利用光子吸收雪崩上轉(zhuǎn)換技術的意義在于它為上轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)拓寬了激發(fā)途徑。

4 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中稀土離子的摻雜

從圖1可以看出，（C）過程必須由共摻雜稀土離子來實現(xiàn)，（B）、（D）和（E）過程是在單摻雜的系統(tǒng)中發(fā)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光的過程，（A）是既可以在單摻雜系統(tǒng)中實現(xiàn)，也可以在雙摻雜系統(tǒng)中實現(xiàn)的過程，（F）過程在單摻雜和共摻雜系統(tǒng)中均有報道。對于稀土離子摻雜的材料，一般很少采用三摻雜，更多的摻雜更為罕見，這是因為稀土離子的能級非常豐富，能級間的能量傳遞和交叉弛豫行為會導致多摻雜系統(tǒng)中稀土離子的發(fā)光發(fā)生猝滅，使發(fā)光減弱或根本觀察不到發(fā)光。即使是同種離子當摻雜濃度過高時也會產(chǎn)生猝滅現(xiàn)象，濃度猝滅的程度與離子能級結(jié)構有關。

從物理角度講，除了非光譜活性稀土離子外，所有稀土離子均可能實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，只不過效率不同，應用潛力不同而已。表1給出了研究較多的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的稀土離子及上轉(zhuǎn)換發(fā)光類型。表1中第一行表示上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料摻雜的稀土離子之一，另一個可能的摻雜離子在表中每一行的行首。行列交叉處表示一種可能的摻雜方案，例如表的第三列和第二行的交叉處的格內(nèi)標有（A）（B）表示在Tm3+與Er3+共摻雜的系統(tǒng)中存在（A）和（B）過程的上轉(zhuǎn)換，即能量傳遞上轉(zhuǎn)換和激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換。該單元格中的［19］表示該過程在文獻［19］中報道。從表1中可以看出稀土離子摻雜的系統(tǒng)中幾乎所有的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程（A）～（F）都被觀察到。Yb3+和多數(shù)稀土離子共摻雜的系統(tǒng)中可實現(xiàn)（A）過程的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這是因為Yb3+離子在980 nm附近有大的吸收截面，同時該波段與商品化的大功率半導體激光器的輸出波長一致，因此可以作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光的敏化離子。

由于Eu3+、Gd3+、Dy3+離子不存在與商品化半導體激光器輸出波長相匹配的能級，并且沒有較合適的中間亞穩(wěn)態(tài)能級，因此無法在單摻雜的體系中實現(xiàn)紅外光源泵浦的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。在Eu3+與Yb3+共摻雜的個別體系中可實現(xiàn)（C）過程的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，在Gd3+單摻雜的體系中可實現(xiàn)（E）過程的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，而它們的效率很低，在一般的體系中不易觀察到。因此，在表1中未列入Eu3+、Gd3+及Dy3+等離子。

表1 稀土離子的摻雜及上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制Tab.1 Possible combinations of dopants and up-conversion mechanisms

5 多光子過程中光子數(shù)、激發(fā)功率及上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度三者的關系

在以上6種不同機理的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程中，還應該指出的是在多數(shù)情況下上轉(zhuǎn)換發(fā)射光子的能量并不嚴格等于激發(fā)光子能量的2倍，這是因為發(fā)光中心離子被激發(fā)到發(fā)光能級上不是共振過程，一般需要聲子的參與，并且發(fā)光中心的各激發(fā)態(tài)都存在無輻射躍遷，這也是發(fā)射光子的能量比激發(fā)光子能量2倍小的原因。對于（D）過程上轉(zhuǎn)換發(fā)射光子的能量嚴格為被紅外激發(fā)能級能量的2倍，而不一定是激發(fā)光光子能量的2倍，因為被紅外光直接激發(fā)的離子可能是通過聲子參與來實現(xiàn)的。稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程都是多光子過程，在多光子過程中激發(fā)光的強度與上轉(zhuǎn)換發(fā)射熒光的強度滿足強度制約關系Il∝Ine，其中Il表示上轉(zhuǎn)換熒光強度，Ie表示激發(fā)光強度，n是產(chǎn)生一個上轉(zhuǎn)換發(fā)射光子所需的激發(fā)光子個數(shù)。如果采用半導體激光器作為激發(fā)源，上轉(zhuǎn)換發(fā)光的積分發(fā)射強度Il與半導體激光器的工作電流iLD之間的關系為Il＝（aiLD-b）n，這里n仍是上轉(zhuǎn)換過程所需的光子個數(shù)，b/a為激光器的閾值電流，這個關系是確定上轉(zhuǎn)換過程是幾光子過程的有效方法［11～13］。

還應該指出的是上轉(zhuǎn)換發(fā)光具體是幾光子過程還與激發(fā)功率密度有關。對于一個確定的系統(tǒng)，在低的激發(fā)功率密度范圍內(nèi)和高功率激發(fā)密度的范圍內(nèi)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光可能是不同的多光子過程，例如在低激發(fā)密度范圍內(nèi)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光可能是2光子過程，而在高激發(fā)密度范圍內(nèi)可能是3光子過程［47］。這是由于激發(fā)功率密度不同，中間能級上的布居分布可能不同，因此上轉(zhuǎn)換過程也不一樣。

6 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光的基質(zhì)材料［1］

目前，被研究的稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光的無機基質(zhì)材料包括多晶粉末、單晶和非晶三大類材料。其中粉末材料包括體相材料和低維結(jié)構材料；非晶材料包括玻璃態(tài)和陶瓷材料；稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料既包括絕緣體也包括半導體。從化學組成上可以分為氧化物、鹵化物、硫化物及各種鹽類。

眾所周知，目前人類所能夠生長的單晶的數(shù)目與目前存在的無機化合物的種類相比是很少的。因此稀土離子在單晶中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程的報道與粉體和玻璃相比也較少。稀土離子摻雜的玻璃材料可按圖2分類。在這些種類的玻璃材料中，一般認為無氧玻璃的聲子能量低，上轉(zhuǎn)換效率較高，例如著名的ZBLan玻璃就是無氧玻璃中的一種。但無氧玻璃的制備與有氧酸鹽玻璃相比較為復雜，一般穩(wěn)定性也較差；而含氧玻璃的上轉(zhuǎn)換效率一般較低，但其制備相對容易，可在空氣氣氛下合成，并且重金屬氧化物材料的聲子能量也較低，上轉(zhuǎn)換效率也是很可觀的。另外還有一類值得一提的玻璃材料是氟氧化物玻璃，該類材料的玻璃形成體是重金屬氧化物，而其它次要成分的部分或全部為氟化物。該類材料中引入了氟化物成分，可有效地降低玻璃中OH-的含量，使上轉(zhuǎn)換效率有很大提高［48］。

圖2 稀土離子上轉(zhuǎn)換的基質(zhì)玻璃

稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換低維結(jié)構材料包括薄膜、納米線、納米帶、納米粒子等形貌材料，這些材料主要通過軟化學方法合成，涵蓋了氧化物、氟化物、硫化物及很多種鹽類。這里應該強調(diào)的是，無論是稀土離子以二價或三價摻雜到納米晶中，首先應該考慮的問題是稀土離子是取代該化合物中的陽離子還是以填隙的形式進入晶格。無論以哪種方式進入，都應該滿足電荷平衡，即對于整個晶體其陰離子的電荷之和與陽離子電荷之和相等。如果不平衡，在設計材料時就應該考慮引入電荷補償劑加以補償［1］。

7 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的效率［1］

發(fā)光效率是表征發(fā)光材料的重要參數(shù)。對于前面討論的圖1（A）～（F）的6個過程的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制中，所能實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率是不同的。一般來說（A）過程所實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換效率最高，（F）過程次之，（B）過程所實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換效率比（A）過程小一個數(shù)量級。而（C）、（D）、（E）過程的所實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換效率僅為（A）過程的10-3～10-4左右［49］。

對于通過共摻雜實現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的物理考慮：1）首先供體必需在激發(fā)波長處有較大的吸收截面，并且能在基質(zhì)中實現(xiàn)較高濃度的摻雜；2）供體和受體之間有較大的能量傳遞速率；3）受體中間能級有較長的壽命；4）（B）的激發(fā)態(tài)吸收過程雖然只需要單摻雜稀土離子就可以實現(xiàn)，但考慮到為了使發(fā)光中心離子的某些能級發(fā)生猝滅（例如使激光躍遷的終態(tài)上的電子盡快弛豫到基態(tài)），有時也進行一些有益的摻雜，例如Tm3+/Yb3+或Tm3+/Tb3+共摻雜的體系。

目前，稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機理已經(jīng)非常清楚，把稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光推向?qū)嵱没年P鍵是提高其效率，在實際發(fā)光材料中影響上轉(zhuǎn)換效率的因素很多，在技術物理領域習慣上把光泵浦的總效率分為3個部分：一是實際進入介質(zhì)的泵浦功率只是泵浦源發(fā)射功率的一部分，由此產(chǎn)生的效率稱為傳遞效率ηt，這部分損耗主要是介質(zhì)的反射等因素引起的；二是激活劑只能吸收進入介質(zhì)中的一部分泵浦光，由此產(chǎn)生的效率稱為光譜效率ηs，這部分損耗包括非共振泵浦及泵浦光在基質(zhì)的吸收帶內(nèi)，而使泵浦效率減?。蝗欢?，并非所有被激勵到泵浦能級及上轉(zhuǎn)換躍遷能級上的離子都能產(chǎn)生對上轉(zhuǎn)換有用的躍遷；三即是由此產(chǎn)生的效率稱為內(nèi)量子效率ηq。內(nèi)量子效率主要與無輻射躍遷、泵浦及上轉(zhuǎn)換躍遷途徑、以及系統(tǒng)能級結(jié)構等因素有關。因此上轉(zhuǎn)換發(fā)光的總效率為η＝ηtηsηq。

從以上討論可以看出，要提高紅外到可見上轉(zhuǎn)換發(fā)光的效率應從以下幾個方面考慮：

（1）采用合適的基質(zhì)材料。首先該基質(zhì)材料的紅區(qū)吸收邊帶應在激發(fā)波長以外，或在激發(fā)波長處存在透明窗口，藍區(qū)吸收帶邊應在上轉(zhuǎn)換發(fā)射波長以外，這樣可以提高泵浦及激光發(fā)射的光譜效率。

（2）基質(zhì)材料的聲子能量不應太大，以減小某些能級的無輻射躍遷，提高中間亞穩(wěn)態(tài)能級的布居，從而提高量子效率。

（3）選擇合適摻雜中心。前面已經(jīng)介紹了上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程中稀土離子的摻雜方案，這里應該強調(diào)的是，無論是單摻雜還是共摻雜的體系都應該考慮濃度猝滅的問題，選擇合適的摻雜濃度，提高熒光效率，還應該盡量提高介質(zhì)的純度，減小非故意摻雜的猝滅中心對上轉(zhuǎn)換的影響。

選擇合適的泵浦途徑。稀土離子的能級十分豐富，對于一定的摻雜體系一般可能有幾個激發(fā)途徑，例如，Er3+離子摻雜的材料中在550，647，808，980 nm和1.06，1.50μm激發(fā)下都已觀察到上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，但在這6個泵浦波長中存在一個最優(yōu)的泵浦波長，因此應進行選擇。

8 結(jié)束語

稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的研究雖經(jīng)歷了多次起落，但研究人員對上轉(zhuǎn)換發(fā)光的研究從未停止過，相信這方面研究還會一直持續(xù)下去。因為上轉(zhuǎn)換發(fā)光是把長波長激發(fā)光變換到短波長發(fā)射光的一種途徑，具有潛在的應用價值，然而對于實現(xiàn)廣泛的實際應用其效率還有待提高；另外，利用紅外光激發(fā)而實現(xiàn)更高的激發(fā)態(tài)的激發(fā)，從而觀察到高能級的發(fā)光信息也不失是一種學術研究的手段；同時，對于具體稀土離子摻雜的具體材料體系中上轉(zhuǎn)換發(fā)光可能與已發(fā)現(xiàn)并報道的不同，也就是說稀土離子在新的材料體系中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光行為仍值得去探索。

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Introduction to up-conversion lum inescence of rare earth doped materials

HUA Jing-tian1，2，CHEN Bao-jiu2，SUN Jia-shi2，CHENG Li-hong2，ZHONG Hai-yang2
（1.Changchun Vocational Institute of Technology，Changchun 130033，China；
2.Department of Physics，Dalian Maritime University，Dalian 116026，China）

Up-conversion luminescence in rare earth doped materials is an important approach for the optical frequency conversion aswell an important aspect in the researches of luminescentmaterials.On the basis of the introduction of fundamental concepts of the up-conversion luminescence，the research history of up-conversion luminescence of rare earth doped materialswas briefly reviewed and the up-conversionmechanisms including energy transfer，excited state absorption，co-operative sensitization，co-operative luminescence，two-photon absorbed excitation and photon avalanche processes in rare earth doped materials were summarized and compared with each others.Then，the up-conversion luminescencemechanisms for various rare earths doped materials were summarized and the hostmaterials such as phosphors，crystal and non-crystalline solids for rareearth were introduced.Finally，the factors influencing the up-conversion luminescence efficiency were analyzed.Itwas pointed out that the absorptions of pumping light and emitting light，phonon energies of host materials，the choices of doping ions and pumping routesmust be considered in the designs of up-conversion luminescencematerials.

up-conversion luminescence；rare earth ion；host matrix；doping luminescence；luminescence efficiency

O482.31

A

1674-2915（2010）04-0301-09

2010-03-11；

2010-05-13

國家自然科學基金資助項目（No.50972021）；國家民航總局聯(lián)合基金資助項目（No.60776814）；遼寧省自然科學基金資助項目（No.20082139）

花景田（1970—），男，吉林九臺人，副教授，主要從事光電信息科學技術領域的研究。

E-mail：huajingtian＠shoo.com

陳寶玖（1970—），男，遼寧阜新人，教授，博士生導師，主要從事稀土發(fā)光材料制備及光譜學性質(zhì)方面的研究。

E-mail：chenmbj＠sohu.com