上转换发光，即反-斯托克斯发光（Anti-Stokes），由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，即：波长长的近红外光激发出波长段的可见光或紫外光，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。稀土离子独特的 4f 电子层结构使其具有丰富的发光性能，而稀土上转换荧光纳米材料通常由不同稀土材料制成，主要是由氧化物、氟化物卤氧化物等基质材料通过掺杂三价稀土离子 ( 如Er^(3+)，Eu^(3+)，〖Yb〗^(3+)，〖Tm〗^(3+)，〖Ho〗^(3+)等)得到，其经上转换发光过程可将连续吸收的两个或多个泵浦光子转化为比泵浦光波长更短的光，比如常见的975nm激发475nm、545nm、660nm等。稀土上转换发光纳米材料（简称 UCNPs）具有光稳定性强、发射带窄、荧光寿命长、化学稳定性高、潜在生物毒性低等特点，另外上转换荧光纳米材料采用近红外连续激发光源激发还使其具有较大的光穿透深度、无光闪烁和光漂白、无生物组织自发荧光以及对生物组织几乎无损伤等显著优点，使这种材料成为当前很多领域乃至交叉科学的应用研究热点，比如在生物领域的应用：光动力疗法、基于发光共振能量转移的生物化学检测、光控药物激活、光学成像、生物传感、快速诊断（POCT）、免疫分析等。