稀土摻雜光學(xué)材料由于其優(yōu)越的光、電、磁特性,在石油化工、電力工業(yè)、熒光檢測(cè)及三維顯示等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值,成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。尤其在近些年,基于稀土熒光的測(cè)溫技術(shù)以其精度高、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn),受到了人們的關(guān)注。但是,依托稀土發(fā)光材料的溫度傳感技術(shù)仍存在諸多問(wèn)題亟待解決,包括發(fā)光效率較低、激光熱效應(yīng)干擾嚴(yán)重及光譜重疊明顯,極大地限制了稀土熒光測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展。本文以稀土離子摻雜的發(fā)光材料為研究對(duì)象,對(duì)以上問(wèn)題展開了研究。利用高溫固相法制備了CaWO_4:Nd~(3+)/Yb~(3+)熒光粉。在980 nm激光激發(fā)下,通過(guò)Li~+離子的摻雜,增強(qiáng)了Nd~(3+)離子近紅外熒光輻射。研究表明,Li~+離子的摻入可以改善基質(zhì)的結(jié)晶度;同時(shí)還可以引起基質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)的畸變,從而改善稀土離子周圍的晶場(chǎng)環(huán)境,對(duì)近紅外熒光輻射的增強(qiáng)起到重要作用。另外,對(duì)Nd~(3+)近紅外熒光的測(cè)溫特性進(jìn)行了研究。通過(guò)Nd~(3+)離子近紅外熒光的溫度依賴性實(shí)驗(yàn),觀察到在Li~+離子的輔助下,近紅外熒光強(qiáng)度隨溫度的升高得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。此外還研究了Nd~(3+)離子中三對(duì)熱耦合能級(jí)的溫度傳感特性,并探索了Nd~(3+)離子中一對(duì)新熱耦合能級(jí)的測(cè)溫性能,研究顯示新熱耦合能級(jí)具有較高的測(cè)溫精度及靈敏度。通過(guò)熔融淬火法制備了Er~(3+)/Yb~(3+)共摻的微晶玻璃。在980 nm和1064 nm激光激發(fā)下,利用熒光強(qiáng)度比技術(shù)對(duì)Er~(3+)離子綠色上轉(zhuǎn)換熒光進(jìn)行了對(duì)比研究,分析了兩者的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制,并通過(guò)改變功率,討論了該熒光帶的溫度傳感特性。研究顯示,以980 nm激光為泵浦光源的共振激發(fā)過(guò)程,在功率增大時(shí),促進(jìn)了熱效應(yīng)的產(chǎn)生,使測(cè)量參數(shù)的校準(zhǔn)過(guò)程與功率之間產(chǎn)生依賴關(guān)系,因而當(dāng)功率發(fā)生變化時(shí),測(cè)溫的穩(wěn)定性受到影響;而以1064 nm激光為泵浦光源的非共振激發(fā)過(guò)程,可以通過(guò)聲子輔助的反斯托克斯激發(fā)機(jī)制湮滅聲子,有效避免熱效應(yīng)帶來(lái)的影響。最后通過(guò)速率方程,結(jié)合熒光時(shí)間分辨曲線,對(duì)以上機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示,在1064 nm激光激發(fā)下,可以有效避免熱效應(yīng)的影響,增強(qiáng)了Er~(3+)離子綠色上轉(zhuǎn)換光的測(cè)溫穩(wěn)定性。通過(guò)高溫固相法制備了NaY(WO_4)_2:Yb~(3+)/Er~(3+)熒光粉樣品,以1064 nm激光為泵浦光源,分析了Er~(3+)離子在1530 nm波段近紅外熒光的發(fā)光特性及溫度依賴關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)該波段的發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)。同時(shí)以激光為參考光,熒光為信號(hào)光,結(jié)合速率方程,研究了該體系的測(cè)溫特性。結(jié)果顯示,聲子輔助的激發(fā)過(guò)程為該發(fā)光體系的主要機(jī)制,并且通過(guò)對(duì)光譜的設(shè)計(jì),可以有效避免光譜重疊帶來(lái)的測(cè)量誤差。在323 K-773 K溫度范圍內(nèi),其測(cè)溫靈敏度在323 K時(shí)最大,其最大靈敏度為16.3×10~-33 K~(-1)。由于1530 nm波段在光纖內(nèi)損耗系數(shù)小,因此光輸出特性較好,可以將其用于光纖溫度傳感器中的感溫介質(zhì)。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ422;TN249
【部分圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文各種波段的光譜。理論上說(shuō)，在這些能級(jí)中可能發(fā)生躍遷的數(shù)目多大二十萬(wàn)個(gè)，并且可以吸收從紫外光到紅外光區(qū)域的各種輻射，因此可以說(shuō)稀土離子具有極大的應(yīng)用價(jià)值以待開發(fā)。

3+結(jié)構(gòu)及形貌特征的影響圖3-1(a)顯示的是摻雜不同濃度 Li+離子的鎢酸鹽樣品的 X射線衍射譜圖(XRD)，從圖中可以看出，與 CaWO4的 PDF 標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，摻雜 Li+離子樣品的各衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡相吻合，且沒(méi)有其他明顯的衍射峰被檢測(cè)到。由此可以推斷，Li+離子及稀土離子的摻入并沒(méi)有引起鎢酸鈣結(jié)構(gòu)的變化，而是通過(guò)替代或進(jìn)入晶格間隙的方式摻入CaWO4晶格中，沒(méi)有單獨(dú)成相。圖 3-1 不同濃度 Li+摻雜 CaWO4:Nd3+/Yb3+的 XRD 譜圖另外，由于 Li+離子(~0.92 )與 Ca2+離子(~1.12 )半徑的不同

第 3 章 基于 CaWO4:Nd3+/Yb3+熒光粉的近紅外熒光增強(qiáng)設(shè)計(jì)及溫度傳感研究步影響其發(fā)光特性。圖 3-2 則顯示了摻雜 0 mol% Li+離子和 10 mol% Li+離子的 SEM譜圖，從圖中可以得知，隨著 Li+離子的摻入，樣品的粒徑逐漸變大，平均尺寸也從3 μm 增長(zhǎng)至 6 μm，同時(shí)樣品的結(jié)晶度也隨之提高，從不規(guī)則的團(tuán)聚型、無(wú)規(guī)則塊狀逐漸向分散型、有規(guī)則結(jié)構(gòu)的粒狀轉(zhuǎn)變�？梢哉f(shuō)明，Li+離子有利于 CaWO4粒徑的增大，并且在一定程度上可以影響 CaWO4結(jié)晶的程度，更容易造成大晶體的形成。

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本文編號(hào)：2809531