[发明专利]一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃、温度传感系统及其制作方法

说明书

一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃、温度传感系统及其制作方法，属于光学发光材料技术领域。所述碲酸盐玻璃以TeOsubgt;2/subgt;、ZnO、MoOsubgt;3/subgt;为基质，掺杂Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Ybsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，制备方法为将原料研磨加热后进行退火处理并抛光。其温度传感系统的制作方法为将澄清的碲酸盐玻璃液抽取进空芯光纤中形成碲酸盐‑石英光纤，与多模光纤进行耦合后固化。所得光纤具有极高的上转换发光效率，降低了激光照射产生的热效应，有利于传感器稳定性的提升，同时有利于光源的小型化和集成化，有望实际应用于变压器温度检测中。温度传感系统具有低声子能量、良好的热稳定性、材料简单的优势。

技术领域

本发明属于光学发光材料技术领域，具体涉及基于荧光强度比的碲酸盐玻璃及其温度传感系统制作方法。

背景技术

在许多研究领域，温度一直是重要的参数之一。随着工业4.0脚步的加快，传统测温仪器无法满足一些领域对温度传感器逐步提高的高灵敏度以及高精度的要求。此外，传统的测温仪器在一些电磁干扰、强酸强碱腐蚀的特殊环境以及生物医疗等领域，很难发挥其作用。近年来,基于荧光强度比技术的稀土掺杂碲酸盐玻璃温度传感器因其响应速度快、抗电磁干扰、分辨率高和稳定性好等特性，成为了温度传感领域研究的热点话题，是代替传统测温仪器的重要材料之一。

荧光强度比是稀土离子的两个相邻热耦合能级的荧光强度的比值，当温度变化时，离子的两个热耦合能级会发生无辐射跃迁，离子从高能级向低能级跃迁的同时会伴随着荧光产生，此外，每个能级上面荧光强度会发生改变，但在极短的时间内就会达到热平衡，荧光也随之消失。碲酸盐玻璃具有低声子能量、低熔点、高稀土溶解度和高上转换效率的特点，是增强稀土离子上转换发光的理想基质材料，在经稀土掺杂处理后，通过建立温度与稀土离子荧光强度比之间的数学模型，在实现非接触式温度传感、提高探测灵敏度、寻找新材料机制等方面，势必成为研究发展的主流趋势。但目前基于荧光强度比技术的稀土掺杂碲酸盐玻璃温度传感器仍具有一定的不足：一方面，由于碲酸盐光纤本身比较脆弱，常常需要额外的封装以提升它的机械性能，但这会导致其瞬时响应时间增加；另一方面，目前的碲酸盐玻璃温度传感器发光效率过低，高功率的激光照射积累的热效应会影响传感器的性能。

而本发明提出的温度传感系统将碲酸盐玻璃液抽取进石英空芯光纤中，大大提升了传感器整体的理化性能，改善了碲酸盐光纤机械强度差、易腐蚀等缺点，避免了二次封装所引起的响应时瞬时响应时间变长问题。另外，本发明所使用的碲酸盐光纤具有极高的上转换发光效率，所需泵浦功率仅为0.1mW。这大大降低了激光照射产生的热效应，有利于传感器稳定性的提升，同时也有利于光源的小型化和集成化，有望实际应用于变压器温度检测中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以TeO₂、ZnO、MoO₃为基质，掺杂Er₂O₃、Yb₂O₃的基于荧光强度比的碲酸盐玻璃及其采用该碲酸盐玻璃的温度传感系统。所述传感系统具有低声子能量、良好的热稳定性、材料简单的优势。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃，由TeO₂、ZnO、MoO₃、Er₂O₃和Yb₂O₃按照以下摩尔百分比组成：

TeO₂：79.3-81.3；

ZnO：10；

MoO₃：8；

Er₂O₃：0.2；