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超强激光科学卓越创新简报

(第三百零四期)

2022年9月14日

上海光机所在双发射微晶用于多模式温度传感研究方面取得新进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队在基于双发射中心的多模式温度传感研究方面取得新进展。团队围绕稀土掺杂测温材料对于高相对灵敏值的需求，提出过渡金属与稀土离子共掺杂的双发射机制，基于荧光强度比技术，寿命衰减测温以及色坐标位移等温度依赖的经验公式，建立多模式自参考温度测量体系，实现了Bi3+/Eu3+共掺杂Ca3Y2Ge3O12微晶在297.8-480K温度范围内高相对灵敏度的探测以及颜色可调发光性能的研究。相关研究成果以“Color-tunable emissions in Bi3+/Eu3+ activated phosphors for multi-mode optical thermometers”为题发表在Ceramics International。

　　在非接触式光学测温系统中，荧光强度比技术（FIR）通过比较两个荧光峰间发光强度的相对比值进行温度监测，能够显著降低由激发源波动，荧光损失等非温度因素引起的系统误差，是一种有效的测温方法。稀土离子与过渡金属离子共掺杂的双发射中心基于电子构型以及与周围配体的相互作用呈现出不同的光谱特性，能够弥补稀土离子热耦合能级带隙窄在荧光强度比测温方面的不足，利于实现温度敏感材料的高相对灵敏值。

　　研究团队合成了兼具测温能力和颜色可调的Bi3+/Eu3+共掺杂Ca3Y2Ge3O12微晶。在285 nm紫外光激发下，能量传递机制(Bi3+→Eu3+)表现出可调的多色发射(蓝色→红色)。基于FIR技术的Bi3+/Eu3+共掺杂Ca3Y2Ge3O12微晶在297.8K时表现出较高的相对灵敏度值，约为1.9% K-1，高于其他同类型基体材料。温度依赖的FIR技术与Eu3+寿命技术和色坐标位移共同构建具有自参考性质的多模同步测温系统。该项研究为发展材料测温性能提供实验基础和理论指导。

　　相关研究得到了国家自然科学基金和上海市先进光波导智能制造与测试专业技术公共服务平台的资助。

　　原文链接

图1（a） 温度依赖的FIR (IBi/IEu)曲线。 (b) 基于FIR技术Sa和Sr随温度的变化曲线。(c) 基于Eu3+衰减寿命随温度变化的Sa和Sr曲线。 (d) 色坐标位移值对应温度的变化曲线。

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