Konwersja w górę jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach ze względu na jej zdolność do przekształcania fotonów o niskiej energii, zwykle w widmie podczerwieni lub bliskiej podczerwieni, w fotony o wyższej energii, takie jak światło widzialne lub ultrafiolet. Jednym z głównych zastosowań skalowania w górę jest obrazowanie biomedyczne i wykrywanie. Przekształcając głęboko penetrujące światło bliskiej podczerwieni w światło widzialne, konwersja w górę umożliwia lepszą głębokość obrazowania i rozdzielczość w tkankach biologicznych. Możliwość ta ma kluczowe znaczenie w nieinwazyjnych technikach obrazowania, diagnostyce i terapiach celowanych, gdzie wymagana jest wysoka czułość i rozdzielczość przestrzenna. Dodatkowo skalowanie jest stosowane w telekomunikacji, fotowoltaice i monitorowaniu środowiska w celu wydajnego gromadzenia światła i transmisji danych.
Zalety skalowania polegają na jego zdolności do wykorzystania światła podczerwonego, które może przenikać przez tkanki i materiały skuteczniej niż światło widzialne, i przekształcania go w łatwo wykrywalne fotony o wyższej energii. Proces ten poprawia czułość i redukuje szum tła w zastosowaniach związanych z obrazowaniem i wykrywaniem. Materiały do konwersji w górę wykazują również wysoką fotostabilność, umożliwiając przedłużoną pracę bez znaczącego pogorszenia intensywności fluorescencji. Dodatkowo konwersja dodatnia umożliwia detekcję multipleksową poprzez dostrojenie długości fal emisji materiałów, umożliwiając jednoczesne wykrywanie wielu celów lub biomarkerów w próbkach biologicznych.
Główna różnica między konwersją krzyżową a konwersją w dół polega na kierunku konwersji energii fotonów. Konwersja w górę polega na konwersji fotonów o niższej energii (np. podczerwieni) na fotony o wyższej energii (np. światła widzialnego lub ultrafioletu) w nieliniowym procesie optycznym. Proces ten zazwyczaj wymaga kilku etapów absorpcji fotonów i przenoszenia energii w materiale. Natomiast niższa konwersja przekształca fotony o wyższej energii w fotony o niższej energii, na przykład konwersja światła ultrafioletowego na światło widzialne w materiałach fosforowych lub barwnikach fluorescencyjnych stosowanych w wyświetlaczach i oświetleniu. Procesy konwersji w dół są również stosowane w testach opartych na fluorescencji i technikach obrazowania, w których emitowane światło ma niższą energię niż zaabsorbowane światło wzbudzające.
Konwersja fluorescencji w górę odnosi się do specyficznej techniki, w której materiały do konwersji w górę służą do konwersji światła podczerwonego na światło widzialne lub ultrafioletowe, które jest następnie wykrywane za pomocą metod detekcji opartych na fluorescencji. W tej technice nanocząstki lub materiały konwertujące w górę absorbują dwa lub więcej fotonów o niższej energii (np. bliskiej podczerwieni) i emitują pojedynczy foton o wyższej energii (np. widzialnej lub ultrafioletowej) o charakterystyce fluorescencji. Umożliwia to czułe wykrywanie i obrazowanie w zastosowaniach biologicznych i medycznych, gdzie wymagana jest głęboka penetracja tkanek i wysoka rozdzielczość przestrzenna. Dodatnia konwersja fluorescencji jest korzystna ze względu na redukcję autofluorescencji i tła w porównaniu z tradycyjnymi technikami obrazowania fluorescencyjnego.
Proces konwersji fotonów dodatnich obejmuje kilka etapów w materiałach konwersji w górę. Początkowo materiał ulegający konwersji w górę pochłania jednocześnie lub sekwencyjnie kilka fotonów o niższej energii, wzbudzając elektrony do wyższych stanów energetycznych w strukturze pasm energetycznych materiału. Te wzbudzone elektrony przechodzą następnie niepromieniste procesy relaksacji, aby osiągnąć pośrednie poziomy energii, zanim wyemitują pojedynczy foton o energii wyższej niż fotony zaabsorbowane. Ten proces emisji zazwyczaj powoduje emisję fluorescencji lub fosforescencji przy określonych długościach fal, określonych na podstawie składu materiału i poziomów energii. Procesy konwersji fotonów są nieliniowe i zależą od precyzyjnego dopasowania energii fotonów do pasm wzbronionych materiału w celu uzyskania wydajnej konwersji i emisji.