Tm3+/Yb3+共掺LuYO3上转换荧光温度传感特性

张志宏，周慧丽，吴 锋，张 雁*，叶林华

(1.中国航发四川燃气涡轮研究院，四川 成都 610500； 2.浙江大学 物理系，浙江 杭州 310027)

1 引 言

近年来，基于稀土离子上转换荧光的荧光强度比例(FIR)型荧光温度传感器引起了广泛关注和研究[1-3]。上转换发光是指荧光材料通过吸收长波长光发射短波长光的过程，它是一种反斯托克斯发光[4]。FIR型荧光温度传感器的测温原理是稀土离子在外界激发光源泵浦下两个热耦合能级或两个非热耦合能级跃迁产生的荧光强度之比随温度单调变化，它具有非接触式、高精度等优点。相比于其他光学温度传感器，FIR型荧光温度传感器具有原理简单、可以有效减小因激发光源波动、荧光信号传输损耗等非温度因素引起的测量误差等优点[5]。

在稀土离子中，Tm3+离子因为其丰富的能级分布、较强的蓝色和近红外上转换荧光而备受关注，其1G4的两个Stark劈裂能级和3F2,3、3H4能级为两对热耦合能级[6-9]。由于Tm3+离子对980 nm激光的激发态吸收(ESA)较弱，而Yb3+离子在980 nm处具有较大的吸收截面，通常在荧光材料中共掺Yb3+离子作为敏化剂，通过Yb3+离子的能量转移(ET)过程，使Tm3+离子上转换发光效率大大提升[10-11]。

上转换荧光基质材料的选择对上转换荧光特性会产生较大影响。一般认为，低声子能量的基质可以有效降低非辐射弛豫过程，从而提高上转换发光效率。常见的低声子基质材料主要为氟化物，但由于氟化物化学稳定性较差，且具有较高的毒性，从而限制了它的应用[12]。与氟化物相比，倍半氧化物(Y2O3、Lu2O3等)拥有较好的热稳定性和化学稳定性、无毒、且具有较低的声子能量(约430 cm-1)、较高的熔点(约2 430 ℃)。……