[发明专利]一种稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤，光纤的包层玻璃为氟碲酸盐玻璃；所述光纤的纤芯玻璃为稀土离子掺杂的氟碲酸盐玻璃，掺杂离子为具有热耦合能级的、可用于上转换的稀土离子。本发明还公开了上述稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤的制备方法，包括烧制大块包层玻璃、制备纤芯玻璃棒、制备预制棒、拉丝塔拉丝步骤。本发明的光纤结合了光学测温法优异的抗电磁干扰性能、快速响应、严酷环境的强适用性等以及氟碲酸盐玻璃体系低的声子能量、良好的物理特性、优异的光学特性，在电力系统、航空航天、建筑、化工、医疗等很多行业领域的温度监测方面有着非常巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别涉及一种稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤及其制备方法。

背景技术

温度与我们的生活密切相关，很多情况下，要在一些很小的、远程的环境恶劣的或不能接近的空间内去监测温度从而实现对各种各样过程的控制，传统的接触式温度传感器就很难胜任以上那些场景的应用。相比之下一种基于光学用来测试温度的方法就展现出了明显的优势，因为它不需要与被测目标有直接接触或者达到温度平衡后才能测，而另一方面光纤是光信号传输的最佳载体，又因为其机械灵活性、热量小、免疫电磁干扰、易于光探测器件接收、且与现代电子装置系统容易匹配的优势跃然成为温感领域内的研究热点。当下光纤温度传感主要包括光栅式、分布式、荧光式，其中基于荧光强度比技术(FIR)的光纤温度传感研究越来越活跃，它的机理是利用稀土离子热耦合能级对上的发光强度作比值，这个比值消除了除温度以外干扰因素的影响，从而具有自校准性，而这是其它种类所不具备的。

目前，已有报道的荧光型光纤温度传感器的研究都集中在石英光纤体系中。2003年墨西哥G.Paez等人报道了Er³⁺掺杂的石英光纤温度传感器，利用荧光强度比技术以及信噪比分析对其温感性能进行了分析，在800nm激发下，变温区间从300K到500K，获得了温度灵敏度为10*10^-3/K的结果。2010年，Jesuc等人也报道了Er³⁺掺杂的石英光纤温度传感研究，在利用信噪比、荧光强度比技术之外，又辅助噪音等效强度、温度分辨率等参数对其进行了更全面的分析。在975nm激发下，变温区间从293K到473K，获得了温度灵敏度为35*10^-3/K的更好结果。

事实上，近些年来关于荧光型温度传感光纤的研究鲜有报道，另外根据了解目前基于FIR技术的光纤温度传感的研究都集中在石英光纤上。虽然石英材料机械性能好，且具有低损耗传输特性。但该体系的声子能量高，这并不利于上转换荧光发射，会导致信号强度变低、温度灵敏度测试精度下降，在应用时对于泵浦光源方面会有较高要求。另外石英光纤制备工艺方面需要更高温度，这对于工业化生产而言会增加经济成本，而且生产预制棒时虽然采用的商业化的MCVD法，但该工艺复杂。为此，如果能探索其它体系的温度传感光纤，既能有利于提高上转换发光效率，又能改善制备条件，这在优化温度传感光纤综合性能以及降低工业成本方面会非常有潜力。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤，能产生很强的上转换发光，并且具有高的温度灵敏度。

本发明的另一目的在于提供上述土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种稀土离子掺杂的氟碲酸盐光学温度传感光纤，光纤的包层玻璃为氟碲酸盐玻璃；所述光纤的纤芯玻璃为稀土离子掺杂的氟碲酸盐玻璃，掺杂离子为具有热耦合能级的、可用于上转换的稀土离子。

所述包层玻璃的组分摩尔比如下：

TeO₂：70～90％

ZnF₂：5～15％

KF：5～15％。