[发明专利]一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法

说明书

本发明为一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法，属于固体激光器领域，传感器的结构为单模光纤‑多模光纤‑悬挂三芯中空特种光纤‑多模光纤‑单模光纤结构，具体包括单模光纤、多模光纤、悬挂三芯中空特种光纤、铒镱共掺碲酸盐玻璃微球；铒镱共掺碲酸盐玻璃微球内置于悬挂三芯中空特种光纤中，悬挂三芯中空特种光纤中部通过熔融拉锥形成锥腰。本发明利用了中空光纤内部存在空气孔的结构优势，将微球自然的封装在光纤内部，无需借助其他操作实现了微球谐振器在光纤内部的耦合激发；采用本方法制备的特种光纤内置增益微球光子集成器件，在泵浦光的激发下，实现了较强的上转换荧光发光，同时表现出了良好的温度传感性能。

技术领域

本发明属于固体光纤激光器领域，具体涉及一种转换荧光发光的温度传感器及其制作方法。

背景技术

近年来，稀土离子掺杂的发光材料颇受关注，因为其具备光致发光特性和潜在的应用价值。通过高能量的近红外激光泵浦，掺杂稀土离子的玻璃基质材料可以实现近红外到可以见光的上转换发光，并可以应用于三维显示、激光器光纤放大器和荧光制冷等多个领域。其中蓝绿光以及基于红、绿、蓝三原色的白光在高密度数据存储、生命科学、激光医疗、三维显示等领域有许多应用价值。通过掺杂稀土玻璃基质上转换发光，具有成本低廉、操作简单、易于集成等优点。因此探索和研究掺杂新稀土材料及其物理、化学和光学特性，来获得高效率、低损耗的材料，具有重要的意义。在稀土掺杂材料的多种应用中，上转换荧光发光温度传感器起着重要作用。这类光学传感器得益于热耦合能级的发光机理来进行温度传感特性的表征，得到的结果理论上只跟温度单调相关,而且测量方便易行，对环境依赖小，机理理论成熟，传感灵敏，因而得到了广泛的研究。但是，大多数研究都是将玻璃制备成块状进行测试，所需的激发功率较大，在一定程度上限制了这类光学传感器的进一步的发展与应用。

目前，回音壁模式的光学谐振腔吸引了研究者的广泛兴趣，借助于微腔品质因子高、模式体积小、能量密度极高的特点，利用多组分玻璃微腔的制备技术，将稀土玻璃材料与回音壁模式微腔相结合，使稀土掺杂材料的发光效率、转换效率大幅度提高。回音壁模式的光学谐振腔是指对光波起到空间和时间上的局域增强作用以及频率选择作用的光学元器件。在时间上的限制作用以品质因数来表征，在空间上的局域作用以模式体积来表征。其中具有高品质因子的微球腔备受人们关注，在非线性光学、光通信技术、微传感器、腔量子电动力学以及微型激光器等各个基础与应用领域具有广泛的应用。利用拉锥光纤与微球腔耦合系统，大大提高了激励光功率密度，提高了发光效率，在量子光学、微传感、腔量子电动力学、微激光器等领域已经有广泛的理论与应用研究，是研究非线性光学现象的一个很好的平台，许多研究成果也被相继报道。

然而，锥光纤-微球耦合系统，由于其易受到周围温度等环境因素的影响，且结构本身在用紫外胶封装之后无法在高温环境下工作等缺点，很难适应微型集成光电子器件的发展要求。到目前为止，还没有在光纤内部实现耦合激发稀土掺杂增益微球的相关报道。如果能制备这种光纤内置增益微球的集成器件，在光学传感器、微型激光器等领域一定会得到广泛的应用。

发明内容

为了填补光纤内置增益微球光子集成器件的研究空白，本发明的目的在于设计一种可以内置增益微球的光纤结构，并能成功耦合激发微球，实现荧光甚至是激光输出，结构紧凑，制备简单，克服了锥光纤-微球耦合系统易受环境影响的缺点，制备出的集成器件在温度传感方面表现出了良好的传感性能，为稀土掺杂玻璃发光材料的应用开辟了新的途径。

本发明的目的是这样实现的：

一种转换荧光发光的温度传感器，传感器的结构为单模光纤-多模光纤-悬挂三芯中空特种光纤-多模光纤-单模光纤结构，具体包括单模光纤、多模光纤、悬挂三芯中空特种光纤、铒镱共掺碲酸盐玻璃微球；所述的铒镱共掺碲酸盐玻璃微球内置于悬挂三芯中空特种光纤中，悬挂三芯中空特种光纤中部通过熔融拉锥形成锥腰。

所述的铒镱共掺碲酸盐玻璃微球组成成分如下：