稀土离子掺杂上转换发光材料具有光谱丰富、谱线宽度窄、光学稳定性好等优异特性,被广泛应用于多种领域,如激光光源、彩色显示、太阳能电池以及生物医学成像等。为了提高稀土离子掺杂上转换发光材料的性能,进一步拓展稀土离子掺杂上转换发光材料的应用领域,人们对稀土离子掺杂材料上转换发光的控制开展了许多研究,尤其是在上转换发光的强度控制和色彩调谐方面。目前,稀土离子掺杂材料上转换发光的控制主要有如下方法:改变材料成分结构、控制环境条件或者调制激发光源等。其中,通过改变激发光源的性能参数来控制离子掺杂材料上转换发光在实验上具有便捷、实时、可逆等特点,并可利用单一样品来实现。以往的研究主要集中在连续激光激发下的稀土离子上转换发光上,而对飞秒脉冲激光激发下的上转换发光过程和调控机制等研究相对较少。本论文围绕稀土离子上转换发光的超快光场调控展开研究,主要开展了以下几个方面的工作:1.在实验上研究了飞秒激光偏振状态和相位调制对掺Dy3+玻璃样品上转换发光的影响。随着飞秒激光偏振状态从线偏振经椭圆偏振到圆偏振变化时,掺Dy3+玻璃样品的上转换发光强度逐渐降低。利用π相位阶跃调制能够有效地抑制稀土离子的上转换发光强度,其控制效率受激光偏振状态影响。2.提出了一种通过改变飞秒激光光谱频率成分来调节激光偏振状态对掺杂稀土离子上转换发光控制效率的新方法,并以掺Dy3+玻璃样品为对象进行了相关实验验证。我们的研究表明,激发光中心频率成分剪切能够提高上转换发光的偏振控制效率;而激发光低频和高频成分剪切会减弱上转换发光的偏振控制效率。3.搭建了基于遗传算法的自适应超快脉冲整形实验系统,并在此基础上研究了微晶玻璃中掺杂Er3+上转换红光和绿光的色彩调谐。通过优化反馈控制,可以便捷、有效地增强或者抑制掺杂Er3+上转换红光和绿光的强度比值。同时,结合理论模型对增强和抑制的物理机制进行了很好的解释。4.在实验上研究了双色连续激光对稀土离子掺杂材料中上转换发光的影响。利用800nm和980nm双色连续激光实现了Er3+/Yb3+共掺玻璃样品上转换发光的增强,并提出了合作上转换模型,很好地解释了上转换发光增强的机制。此外,利用850nm和980nm双色连续激光实现了Er3+掺杂微晶玻璃样品上转换发光的增强,并分析了其中的发光增强机制。