稀土上转换纳米晶中的红外激光诱导热效应及传感特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文稀土上转换纳米晶中的红外激光诱导热效应及传感特性研究博士研究生：王冉指导教师：张新陆教授学科、专业：光学工程哈尔滨工程大学2017年11月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文稀土上转换纳米晶中的红外激光诱导热效应及传感特性研究博士研究生：王冉指导教师：张新陆教授学位级别：工学博士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2017年11月10日论文答辩日期：2017年12月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.

2、C:ADissertationfortheDegreeofD.EngTheStudyofThermalEffectsandSensingCharacteristicsInducedbyInfraredLaserintheRare-EarthUpconversionNanocrystalCandidate:WangRanSupervisor:Prof.ZhangXinluAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:OpticalEnginee

3、ringDateofSubmission:November10,2017DateofOralExamination:December10,2017University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体

4、，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署

5、名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要稀土离子掺杂材料的上转换荧光现象由于能够将近红外波段转化为可见波段，在信息处理、全固态激光器、三维显示、光纤通讯、温度传感及生物医疗等领域具有重要的应用价值。但是当前稀土离子的上转换效率仍然较低，成为制约其发展的主要瓶颈。提高稀土离子的上转换效率的有效方法之一就是提高入射光功率。但是，随着入射光功

6、率的提高，样品表面及周围环境的温度会随之发生变化，这将对温度传感带来影响。基于此，本论文对稀土上转换纳米晶中的红外激光诱导热效应及传感特性进行了研究。首先，利用水热合成法制备了不同浓度的Er3+单掺杂、Yb3+单掺杂和Er3+/Yb3+共掺NaYF4纳米晶体，利用X射线衍射仪对粉末样品进行了测试，并对其物相进行了分析和确认；对样品进行压片处理后，利用光谱测试系统对不同样品的上转换荧光光谱在不同泵浦功率下进行了测试，对样品的绿光辐射带、红光辐射带、总体发光强度和红绿光辐射带的积分强度比(R/G)随稀土离子

7、掺杂浓度的变化进行了分析和研究，并通过CIE坐标图给出了样品发射光谱颜色的变化情况；通过能级图对所制备的样品的上转换机制进行了分析，给出了峰值中心波长处发光强度随稀土离子掺杂浓度的变化曲线，并对其双对数功率关系进行了分析和研究。其次，测试了不同浓度Er3+单掺杂和Er3+/Yb3+共同掺杂NaYF4纳米晶体样品在不同温度下的上转换荧光光谱，研究了红光和绿光的积分强度随温度的变化；并对峰值中心波长（520nm和539nm）处荧光强度比（FluorescenceIntensityRatio，FIR）随温度的

8、变化进行了分析和研究，并通过计算绘制出不同样品的测温灵敏度S随温度的变化曲线；通过对不同样品之间的最大灵敏度和最大灵敏度时的温度进行对比，利用荧光强度比理论探讨了Er3+单掺杂和Er3+/Yb3+共同掺杂NaYF4纳米晶体在温度传感中的应用。然后，利用多物理场耦合分析软件（COMSOLMultiphysics）仿真计算了在激光照射到稀土掺杂氧化钇陶瓷表面时的温度分布，并对样品表面圆斑的中心峰值温度随激光功率的变化进行了仿真，得到表面峰值温度