稀土上转换微纳荧光材料是一种吸收低光子能量转换为高光子能量的明星材料。由于其独特的荧光特性如无背底,谱线色纯度高和无漂白等,该种材料已广泛应用在新光源、显示成像、防伪和荧光探针等领域。在稀土化合物所具有的光、电、磁三大功能中,最具研究潜力的功能就是发光,因此对稀土发光材料进行深入研究的意义非常重大。但是,由于稀土发光来源于4f电子层内的宇称禁戒跃迁,连同表面效应,导致荧光效率不高和单颗粒荧光图案空间分辨率低,制约着其实际应用。本论文以增强荧光效率和可视化单颗粒荧光图案为目的,采用共聚焦显微镜成像模式系统研究了一维单颗粒NaYF₄:Yb³⁺/Ln³⁺(Ln³⁺=Er³⁺,Ho³⁺和Tm³⁺)微纳米棒的荧光发射增强、输运和图案调控等一系列荧光特性,揭示了控制荧光强度和图案调控隐藏的物理机制。具体研究分为以下几个部分:第一部分:综述了稀土上转换发光材料的研究现状,介绍了稀土离子的4f层内光谱理论及Yb³⁺敏化的掺杂发光材料系统的研究背景,概括和评述了近年稀土发光微纳米材料的合成和光谱调控所取得的进展和面临的问题,提出了本课题的研究目的及内容。第二部分:水热法合成了系列NaYF₄:Yb³⁺/Ln³⁺(Ln³⁺=Er³⁺,Ho³⁺和Tm³⁺)微纳晶体,采用激光光谱方法系统研究了单颗粒NaYF₄:Yb³⁺/Ln³⁺(Ln³⁺=Er³⁺,Ho³⁺和Tm³⁺)的荧光发射和空间图案特性。波导激发方式下单颗粒微管的上转换发光整体积分强度相对于点激发方式的情况强度增加了10倍;获得了包括双色哑铃,向日葵,棒状糖果,双色盘和彩色环等迷人的空间荧光图案,基于波导、衍射和干涉等物理效应解释了这些独特图案形成背后的物理机制,预示了上转换材料在防伪和显示等领域的应用潜力。第三部分:通过柠檬酸三钠辅助的水热法合成了长径比可控的一维NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微/纳米晶体（棒和管）。采用激光光谱共聚焦显微镜系统研究了上转换荧光在一维棒中产生、输运及靶向输出的荧光现象,同时通过改变激发模式、构造核-壳结构样品等方式,深入研究了荧光的空间分布图案,并揭示了荧光的输运及靶向输出机理。这些荧光基波导在光的输运,耦合和成像方面的特性,预示了其在光子耦合器件、上转换波导激光和荧光成像及光动力学治疗方面具有潜在的应用价值。第四部分:总结了本文的研究内容,并对今后在单颗粒方面的可能研究进行了展望。