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稀土掺杂半导体纳米晶由于在电致发光和生物荧光标记等领域的潜在应用引起人们的普遍关注。本论文中，我们采用一种简便的溶剂热法，成功地实现了稀土离子(Eu3+、Nd3+、Er3+和Yb3+)在立方相In2O3纳米晶中的体相掺杂，得到稀土离子的尖锐发射峰。同时，我们还对这些稀土离子掺杂的In2O3纳米晶的光谱和光电子学性能，包括低温高分辨荧光谱、上转换谱、发光动力学、晶体场分析、Judd-Ofek(JO)强度计算、基质到稀土的能量传递以及上转换发光机理等进行了系统研究。主要研究内容如下：
用简便的溶剂热法合成Eu3+离子掺杂的In2O3纳米晶，在10-300 K下，通过In2O3纳米晶基质敏化实现了Eu3+离子尖锐的强发光。由10-300 K的高分辨激发和发射谱，我们对Eu3+离子在In2O3纳米晶中两个晶体学格点位置(C2和S6)的光谱性能进行了详细的研究。晶体场强度和JO强度计算得出Eu3+离子在C2位置的具有很大的晶体场强度(790 cm-1)和JO参数(Ω2，4，6=14.46，3.92，0.29，单位为10-20 cm2)，表明这种纳米发光体具有很好的发光性能。由于具有较小的填充因子(0.42)，Eu3+(C2)离子5D0能级在In2O3纳米晶中的荧光寿命大约是其块材材料的3倍。与块材相比，在In2O3纳米晶中，基质到稀土能量传递具有更高的热猝灭温度，这一现象很可能与纳米晶中邻近Eu3+的光生载流子局域化和缺陷捕获有关。
在10K和常温下通过直接激发Er3+离子能级，我们得到了Er3+离子4I11/2和4I13/2能级在近红外区域960-1650 nm范围的尖锐发射峰。通过980 nm的激光激发，我们在In2O3纳米晶中观察到Er3+离子的2H11/2，4S3/2→4I15/2跃迁的绿光和4F9/2→4I15/2跃迁的红光上转换发射。由于上转换能量传递效率增强，4F9/2能级的上转换红光发射相对强度随着Er3+离子浓度的增加而增大。功率依赖和上转换荧光动力学实验表明，上转换过程在Er3+离子掺杂浓度低时以激发态吸收过程为主，在Er3+离子掺杂浓度高时则以能量传递过程为主。我们还根据所提出的能量传递机理进行了速率方程的讨论，上转换荧光寿命的理论模拟与实验结果符合得很好。
通过激发In2O3纳米晶的电子到导带能级以上(350 nm)，我们得到了In2O3到Nd3+的高效能量传递和Nd3+离子的尖锐发光。利用Nd3+作为能量桥梁，成功实现了In2O3到Yb3+的高效能量传递和Yb3+在975nm附近的强发光。通过In2O3基质敏化的Nd3+和Yb3+发光效率明显要比直接激发Nd3+的发光效率高得多。此外，我们还对Nd3+和Yb3+在In2O3纳米晶中的荧光动力学和能量传递过程进行了详细的讨论。