基于铒离子上转换绿色荧光的温度传感器 (1)

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1、基于铒离子上转换绿色荧光的温度传感器OpticalTemperatureSensorBasedonGreenUpconversionFluorescenceofErIons一级学科：光学工程学科专业：光学工程研究生：袁宁指导教师：张德龙教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明

2、并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要近年来，基于荧光强度比技术的光学温度传感器受到了人们广泛的关注。荧光强度比技术是指稀土离子（如Er3+，Pr3+，Yb3+，Nd3+）中两个相邻热化能级荧光强度的比值，

3、而每个能级上的粒子布居数会受温度的影响而发生改变。铒离子Er3+的4S4243/2→I15/2（550nm）和H11/2→I15/2（530nm）上转化绿色荧光发射就非常适合此种光学温度器。本论文设计完成了基于铒离子（Er3+）上转换绿色荧光的温度传感器；在不影响Er3+的光谱特性和FIR值的前提下，用KBr稀释荧光粉样品可以提高基于稀土离子上转换发射荧光的温度传感器的信噪比和灵敏度；研究了在980nm激光泵浦下基于Er:Yb:NaGd(WO4)2和Er:Yb:NaYF4纳米晶以及Er:Yb:TeO2-PbF2玻璃的上转化绿色荧光温度传感器的温度特性；研究了在488nm氙灯泵浦下基

4、于Er:SrGdGa3O7晶体下转化绿色荧光温度传感器的温度特性。具体的研究内容及结果如下：1.Er2O3·3Nb2O5[Er(NbO3)3]荧光粉是由Er2O3和Nb2O5粉末按摩尔比1:3均匀混合后，在1573K高温下烧制76小时而成。研究了Er2O3·3Nb2O5、ErNbO4和Er3NbO7荧光粉的吸收发射光谱特性。研究结果表明，Er2O3·3Nb2O5比其它两种荧光粉有着更强的频率上转换发射荧光。对上转换发光的热效应进一步研究表明上转换发射峰的峰值强度和积分强度随着温度升高线性下降，尤其4S43/2→I15/2（560nm）上转换发光强度随着温度的升高下降更加明显。这表明

5、Er2O3·3Nb2O5荧光粉是光学温度感测方面有前景的感测材料。2.设计了980nm激光泵浦下，基于铒离子上转换绿色荧光强度比的温度传感器。该传感器包括一个980nm半导体激光器、两个窄带滤波片和两个硅光电池。无需用透镜聚焦荧光。对光电池的热效应进行了校准。研究结果表明光电池的输出与温度呈线性关系，且该线性关系与输入功率无关。传感器在303-353K的温度范围内表现出相对灵敏度为(5-7)×10-3K-1，该实验装置同样也适用于其他相对灵敏度较高的Er3+掺杂材料。3.通过Er(NbO3)3荧光粉为例，证明可以通过溴化钾（KBr）稀释荧光粉来提高基于铒离子（Er3+）上转换绿色荧

6、光强度比温度传感器的性能。研究稀释的荧光粉薄片的感测性能和KBr:Er(NbO3)3摩尔比（0:1至100:1）的函数关系。研究结果表明KBr稀释能够增强上转换发光的强度和温度传感器的相对灵敏度。同时，KBr本身不影响Er3+的光谱特性和FIR值。在15:1和20:1内存在最佳的I万方数据KBr:Er(NbO3)3摩尔比，其中530（550）nm信号增加30%（20%），并且在生理温度下的相对灵敏度增加14%。4.研究了980nm激光器泵浦下基于Er:Yb:NaYF4微米晶或者Er:Yb:NaGd(WO4)2纳米晶上转化绿色荧光强度比的温度传感器的温度特性。实验装置是由一个980n

7、m二极管激光器、一个凸透镜、两个滤波片和一个光电池组成。研究表明Er:Yb:NaYF4微米晶和Er:Yb:NaGd(WO4)2纳米晶在光功率15mW的980nm激光泵浦下，都具有很强的上转化绿光，以及较高的灵敏度，Er:Yb:NaYF4微米晶在100K到350K范围内，相对灵敏度S范围为(10-123)×10-3K-1。而Er:Yb:NaGd(WO4)2纳米晶在100K到350K范围内，相对灵敏度S范围为(8.7-107)×10-3K-1。5.研究了980nm激光泵浦