[发明专利]一种锂铒镱三掺杂铌酸钠及其制备方法和在光学温度传感器中的应用

说明书

本发明涉及一种锂铒镱三掺杂铌酸钠及其制备方法和在光学温度传感器中的应用。本发明提供的制备方法为溶剂热反应，过程简单；在980nm激光激发下，制备得到的锂铒镱三掺杂铌酸钠中铒离子的热耦合能级⁴S_3/2和²H_11/2到基态⁴I_15/2的辐射跃迁可以分别发射出520~540nm波段和540~565nm波段上转换绿光，并且上转换绿光强度比随温度的升高而变大，通过荧光强度比技术，拟合后得到公式为：FIR=21.85*exp(‑1733.41/T)+0.273，其中∆E/k=1733.41，最大灵敏度为0.0065K^‑1，表明本发明制备的锂铒镱三掺杂铌酸钠具有应用于光学温度传感器的潜力。

技术领域

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种锂铒镱三掺杂铌酸钠及其制备方法和在光学温度传感器中的应用。

背景技术

在过去几十年，稀土离子掺杂材料由于其优异的荧光性能被广泛应用于光子和光电器件，例如固体激光器、光纤传导器、光学放大器、三维显示器，光存储及光学传感器等。最近，稀土离子掺杂上转换材料在光学温度传感器方面的应用引起了科学家们进一步的研究兴趣，这是因为稀土离子掺杂上转换材料具有可忽略电磁干扰、宽的动力学范围和多路复用的能力。稀土离子光学温度传感器是基于脉冲或连续波长激发光源激发下，通过校准给定基质材料中光学活性离子光谱性能的一种间接温度测量方法。在连续激发光源激发下，传感器是利用温度与两个热耦合能级荧光间变化依赖关系而工作的。在室温条件下，低能级发射的荧光强度普遍强于高能级发射的荧光强度。然而，研究人员发现，当升高温度的时候，热耦合能级对中低能级可以通过准热平衡反布局高能级，改变两个能级之间的荧光强度比。这就是我们说的符合玻尔兹曼热平衡的荧光强度比技术（FIR，FluorescenceIntensity Ratio）。FIR技术具有非接触、高准确度和灵敏性及高抗干扰的优点，因此可以应用于苛刻的环境中，例如，高压电站和炼油厂。

众多稀土离子中，铒离子（Er³⁺）是光学温度传感器中的研究热点之一，这是因为Er³⁺离子的热耦合能级⁴S_3/2和²H_11/2之间具有比较小的能级间隙~800cm^-1，满足FIR技术对能级间隙（200-2000cm^-1）范围的要求。本发明选择铌酸钠作为稀土离子上转换发光的基质材料。铌酸钠是一种少见的多功能材料，集压电、铁电和非线性性能于一体，结合稀土离子的上转换光学性能，有望进一步开发其应用范围，在小型化、集成化方面做出重要突破。

因此，首次开发一种应用于光学温度传感器的锂铒镱三掺杂铌酸钠具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中接触式温度传感器的使用受检测物体和检测环境限制的缺陷和不足，提供一种锂铒镱三掺杂铌酸钠在光学温度传感器中的应用。本发明研究发现锂铒镱三掺杂铌酸钠在980nm激光激发下通过热耦合能级⁴S_3/2和²H_11/2到基态⁴I_15/2辐射跃迁分别发射出520~540nm和540~565nm波段上转换绿光。利用FIR技术，两个上转换绿光荧光强度比随温度的升高而变大，满足光学温度传感器的应用要求，并得到其最大灵敏度为0.0065K^-1。

本发明的另一目的在于提供一种锂铒镱三掺杂铌酸钠的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备一种锂铒镱三掺杂铌酸钠。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂铒镱三掺杂铌酸钠在光学温度传感器中的应用。