上转换纳米颗粒一般由稀土掺杂的无机化合物组成，NaYF₄:Yb/Er 是其中极为常见的一种。在这类纳米颗粒中，NaYF₄形成稳定的晶体基质，为稀土离子 Yb 和 Er 提供合适的晶格位点。其上转换发光特性极为关键。当低能量的近红外光照射时，作为敏化剂的 Yb 离子率先吸收 980nm 等特定波长的近红外光，电子受激跃迁到高能级。由于高能级不稳定，Yb 离子通过非辐射能量转移过程，将能量传递给激活剂 Er 离子。Er 离子接收能量后，电子在不同能级间发生复杂跃迁，进而发射出绿光、红光等多种颜色的高能量可见光。这种发光特性的根源在于纳米颗粒特殊的晶体结构以及稀土离子固有的能级结构。稳定的晶体结构保障了离子间能量传递的高效性与稳定性，而稀土离子丰富且特定的能级为吸收和发射不同能量的光提供了可能，也正基于此，上转换纳米颗粒在生物成像、光学传感、光电器件等众多领域拥有广阔的应用前景，为相关技术的发展提供了坚实的光学基础。