Yukarı dönüşüm malzemeleri, düşük enerjili fotonları (genellikle kızılötesi veya yakın), optik olmayan doğrusal bir işlem yoluyla daha yüksek enerjili fotonlara (görünür veya ultraviyole ışık) dönüştürme yeteneğine sahip maddeleri veya bileşikleri ifade eder. Bu işlem, iki veya daha fazla düşük enerjili fotonun soğurulmasını ve daha yüksek enerjili tek bir fotonun yayılmasını içerir. Yukarı dönüşüm malzemeleri genellikle, enerji seviyelerinin ve elektronik geçişlerin etkili foton dönüşümünü mümkün kıldığı kristaller veya nanopartiküller gibi ana malzemelere katkılı nadir toprak iyonlarından oluşur.
Üst bypass, optik, fotonik ve biyomedikal bilimleri gibi tüm alanlardaki çeşitli uygulamalar için kullanılmaktadır. Optik ve fotonikte, kızılötesi ışığı görünür ışığa dönüştürmek için yukarı dönüştürme malzemeleri kullanılır ve yakın kızılötesi spektrumda çalışan görüntüleme ve algılama sistemlerinin hassasiyetinin artırılması sağlanır. Biyomedikal uygulamalarda, geleneksel floresan görüntüleme teknikleriyle karşılaştırıldığında daha derin doku penetrasyonuna ve daha az otofloresansa izin verdiği biyo görüntüleme için yukarı dönüşüm kullanılır. Yükseltme aynı zamanda geleneksel malzemelerin ememediği kızılötesi ışığı toplayarak güneş pillerinin verimliliğini artırmak için fotovoltaiklerde de kullanım alanı bulur.
Foton üst dönüşümünde kullanılan malzemeler tipik olarak itriyum oksit (Y2O3), itriyum sodyum florür (Nayf4) veya başka herhangi bir ana matrise katkılanmış erbiyum (ER), iterbiyum (YB) ve tülyum (TM) gibi nadir toprak elementlerini içerir. uygun kristal veya nanopartikül formları. Bu malzemeler, çok sayıda düşük enerjili fotonları absorbe etme ve yüksek enerjili fotonları verimli bir şekilde yayma yetenekleri nedeniyle seçiliyor. Katkı konsantrasyonu, kristal yapısı ve uyarılma dalga boyu, bu malzemelerin pozitif dönüşüm verimliliğini ve spektral özelliklerini etkileyen kritik parametrelerdir.
Yukarı dönüşüm ve aşağı dönüşüm, fotonların frekansının (ve dolayısıyla enerjisinin) arttığı (yukarı dönüşüm) veya azaldığı (aşağı dönüşüm) süreçleri ifade eder. Yukarı dönüşümde, düşük enerjili fotonlar emilir ve genellikle görünür veya ultraviyole aralığında daha yüksek enerjiye sahip tek bir foton yaymak üzere birleştirilir. Bu süreç doğrusal değildir ve malzemede belirli enerji seviyeleri ve geçişler gerektirir. Öte yandan düşük dönüşüm, genellikle floresan lambalarda dalga boyu değiştiren malzemeler veya ultraviyole ışığı fosfor malzemelerde görünür ışığa dönüştürmek gibi uygulamalar için yüksek enerjili fotonların daha düşük enerjili ürünlere dönüştürülmesini içerir.
Biyosensörler için üst dönüşüm nanopartikülleri, biyolojik numunelerdeki biyomolekülleri tespit etmek ve analiz etmek için özel olarak tasarlanmış, üst dönüşüm malzemeleriyle entegre nanopartiküllerdir. Bu nanopartiküller, biyolojik dokulara görünür ışıktan daha etkili şekilde nüfuz eden kızılötesi veya yakın kızılötesi ışığı, kolayca tespit edilip analiz edilebilecek görünür ışığa dönüştürür. Yukarıya dönüştürülen nanopartiküller, artan hassasiyet, azaltılmış otofloresans arka planı ve tek bir kaynaktan farklı emisyon dalga boylarını kullanarak çoklu algılama gerçekleştirme yeteneği gibi avantajlar sunar. Biyobelirteç tespiti, ilaç dağıtımını izleme ve canlı organizmalarda moleküler görüntüleme dahil olmak üzere çeşitli biyoalgılama uygulamalarında kullanılırlar.