Opconversie wordt veel gebruikt in verschillende velden vanwege het vermogen om fotonen met lage energie, meestal in het infrarood- of nabij-infraroodspectrum, om te zetten in fotonen met hogere energie, zoals zichtbaar of ultraviolet licht. Een van de belangrijkste toepassingen van opschaling is biomedische beeldvorming en detectietoepassingen. Door diep doordringend nabij-infraroodlicht om te zetten in zichtbaar licht, maakt opconversie een verbeterde beelddiepte en resolutie in biologische weefsels mogelijk. Deze mogelijkheid is cruciaal voor niet-invasieve beeldvormingstechnieken, diagnostiek en gerichte therapieën waarbij hoge gevoeligheid en ruimtelijke resolutie vereist zijn. Bovendien wordt opschaling gebruikt in de telecommunicatie, fotovoltaïsche energie en omgevingsmonitoring voor efficiënte lichtoogst en datatransmissie.
De voordelen van opschaling liggen in het vermogen om infrarood licht te benutten, dat weefsels en materialen effectiever kan binnendringen dan zichtbaar licht, en dit om te zetten in gemakkelijk detecteerbare fotonen met hogere energie. Dit proces verbetert de gevoeligheid en vermindert achtergrondruis bij beeld- en detectietoepassingen. Opconversiematerialen vertonen ook een hoge fotostabiliteit, waardoor langdurige werking mogelijk is zonder significante verslechtering van de fluorescentie-intensiteit. Bovendien maakt positieve conversie multiplexdetectie mogelijk door de emissiegolflengten van materialen af te stemmen, waardoor gelijktijdige detectie van meerdere doelen of biomarkers in biologische monsters mogelijk wordt.
Het belangrijkste verschil tussen kruisconversie en neerwaartse conversie ligt in de richting van fotonenergieconversie. Opconversie omvat het omzetten van fotonen met lagere energie (bijvoorbeeld infrarood) in fotonen met hogere energie (bijvoorbeeld zichtbaar of ultraviolet) via een niet-lineair optisch proces. Dit proces vereist doorgaans verschillende stappen voor fotonenabsorptie en energieoverdracht in het materiaal. Bij een lagere conversie worden fotonen met een hogere energie daarentegen omgezet in fotonen met een lagere energie, zoals het omzetten van ultraviolet licht in zichtbaar licht in fosformaterialen of fluorescerende kleurstoffen die worden gebruikt in beeldschermen en verlichting. Neerwaartse conversieprocessen worden ook gebruikt in op fluorescentie gebaseerde tests en beeldvormingstechnieken waarbij het geëmitteerde licht een lagere energie heeft dan het geabsorbeerde excitatielicht.
Fluorescentie-opconversie verwijst naar een specifieke techniek waarbij opconversiematerialen worden gebruikt om infrarood licht om te zetten in zichtbaar of ultraviolet licht, dat vervolgens wordt gedetecteerd met behulp van op fluorescentie gebaseerde detectiemethoden. Bij deze techniek absorberen nanodeeltjes of opconversiematerialen twee of meer fotonen met lagere energie (bijvoorbeeld nabij-infrarood) en zenden ze een enkel foton uit met hogere energie (bijvoorbeeld zichtbaar of ultraviolet) met kenmerken van fluorescentie. Dit maakt gevoelige detectie en beeldvorming mogelijk in biologische en medische toepassingen waarbij diepe weefselpenetratie en een hoge ruimtelijke resolutie vereist zijn. Positieve fluorescentieconversie is voordelig voor het verminderen van autofluorescentie en achtergrond vergeleken met traditionele fluorescentiebeeldvormingstechnieken.
Het foton-positieve conversieproces omvat verschillende stappen in opconversiematerialen. Aanvankelijk absorbeert het opconversiemateriaal verschillende fotonen met lagere energie tegelijkertijd of opeenvolgend, waardoor elektronen worden geëxciteerd naar hogere energietoestanden in de energiebandstructuur van het materiaal. Deze aangeslagen elektronen ondergaan vervolgens niet-stralingsrelaxatieprocessen om tussenliggende energieniveaus te bereiken voordat ze een enkel foton uitzenden met hogere energie dan de geabsorbeerde fotonen. Dit emissieproces resulteert doorgaans in fluorescentie- of fosforescentie-emissie bij specifieke golflengten, bepaald door de materiaalsamenstelling en energieniveaus. Fotonenconversieprocessen zijn niet-lineair en zijn afhankelijk van nauwkeurige energieafstemming tussen fotonenenergieën en materiaalbandafstanden om efficiënte conversie en emissies te bereiken.