Materiały do konwersji upkonwersji odnoszą się do substancji lub związków, które mają zdolność przekształcania fotonów o niższej energii (zwykle podczerwieni lub bliskiej) w fotony o wyższej energii (światło widzialne lub ultrafioletowe) w procesie nieoptycznym liniowym. Proces ten polega na absorpcji dwóch lub więcej fotonów o niskiej energii i emisji pojedynczego fotonu o wyższej energii. Materiały do konwersji upkonwersji często składają się z jonów ziem rzadkich domieszkowanych w materiałach macierzystych, takich jak kryształy lub nanocząstki, gdzie poziomy energii i przejścia elektronowe umożliwiają wydajną konwersję fotonów.
Top bypass jest używany do różnych zastosowań we wszystkich dziedzinach, takich jak optyka, fotonika i nauki biomedyczne. W optyce i fotonice materiały konwertujące w górę służą do konwersji światła podczerwonego na światło widzialne, umożliwiając zwiększenie czułości systemów obrazowania i wykrywania działających w widmie bliskiej podczerwieni. W zastosowaniach biomedycznych konwersję w górę stosuje się do bioobrazowania, gdzie umożliwia głębszą penetrację tkanek i zmniejszoną autofluorescencję w porównaniu z konwencjonalnymi technikami obrazowania fluorescencyjnego. Skalowanie znajduje również zastosowanie w fotowoltaice, aby poprawić wydajność ogniw słonecznych poprzez zbieranie światła podczerwonego, którego konwencjonalne materiały nie są w stanie wchłonąć.
Materiały stosowane w konwersji fotonów zazwyczaj obejmują pierwiastki ziem rzadkich, takie jak erb (ER), iterb (YB) i tul (TM), domieszkowane w matrycach macierzystych, takich jak tlenek itru (Y2O3), fluorek itru i sodu (Nayf4) lub jakikolwiek inny odpowiednie postacie krystaliczne lub nanocząstkowe. Materiały te wybiera się ze względu na ich zdolność do pochłaniania wielu fotonów o niskiej energii i wydajnego emitowania fotonów o wyższej energii. Stężenie domieszkowania, struktura kryształu i długość fali wzbudzenia to krytyczne parametry, które wpływają na dodatnią wydajność konwersji i charakterystykę widmową tych materiałów.
Konwersja w górę i konwersja w dół odnoszą się do procesów, w których częstotliwość (a tym samym energia) fotonów jest albo zwiększana (konwersja w górę), albo zmniejszana (konwersja w dół). Podczas konwersji w górę fotony o niskiej energii są absorbowane i łączone w celu wyemitowania pojedynczego fotonu o wyższej energii, zwykle w zakresie widzialnym lub ultrafioletowym. Proces ten jest nieliniowy i wymaga określonych poziomów energii i przejść w materiale. Z drugiej strony niższa konwersja obejmuje konwersję fotonów o wyższej energii w produkty o niższej energii, często do zastosowań takich jak materiały zmieniające długość fali w lampach fluorescencyjnych lub do przekształcania światła ultrafioletowego w światło widoczne w materiałach fosforowych.
Nanocząstki konwersji w górę do biosensorów to nanocząstki zintegrowane z materiałami konwersji w górę, zaprojektowane specjalnie do wykrywania i analizowania biomolekuł w próbkach biologicznych. Nanocząstki te przekształcają światło podczerwone lub bliskie podczerwieni, które przenika do tkanek biologicznych skuteczniej niż światło widzialne, w światło widzialne, które można łatwo wykryć i przeanalizować. Nanocząstki konwertujące w górę oferują takie korzyści, jak zwiększona czułość, zmniejszone tło autofluorescencji i możliwość przeprowadzania multipleksowej detekcji przy użyciu różnych długości fal emisji z jednego źródła wzbudzenia. Wykorzystuje się je do różnych zastosowań biosensorycznych, w tym do wykrywania biomarkerów, monitorowania dostarczania leków i obrazowania molekularnego w organizmach żywych.