[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光的溫度傳感器及其制作方法

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• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109827678A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鵬飛;張萌
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;H01S3/067
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本發(fā)明為一種轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光的溫度傳感器及其制作方法，屬于固體激光器領(lǐng)域，傳感器的結(jié)構(gòu)為單模光纖?多模光纖?懸掛三芯中空特種光纖?多模光纖?單模光纖結(jié)構(gòu)，具體包括單模光纖、多模光纖、懸掛三芯中空特種光纖、鉺鐿共摻碲酸鹽玻璃微球；鉺鐿共摻碲酸鹽玻璃微球內(nèi)置于懸掛三芯中空特種光纖中，懸掛三芯中空特種光纖中部通過熔融拉錐形成錐腰。本發(fā)明利用了中空光纖內(nèi)部存在空氣孔的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，將微球自然的封裝在光纖內(nèi)部，無需借助其他操作實現(xiàn)了微球諧振器在光纖內(nèi)部的耦合激發(fā)；采用本方法制備的特種光纖內(nèi)置增益微球光子集成器件，在泵浦光的激發(fā)下，實現(xiàn)了較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光，同時表現(xiàn)出了良好的溫度傳感性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體光纖激光器領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光的溫度傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

近年來，稀土離子摻雜的發(fā)光材料頗受關(guān)注，因為其具備光致發(fā)光特性和潛在的應(yīng)用價值。通過高能量的近紅外激光泵浦，摻雜稀土離子的玻璃基質(zhì)材料可以實現(xiàn)近紅外到可以見光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，并可以應(yīng)用于三維顯示、激光器光纖放大器和熒光制冷等多個領(lǐng)域。其中藍(lán)綠光以及基于紅、綠、藍(lán)三原色的白光在高密度數(shù)據(jù)存儲、生命科學(xué)、激光醫(yī)療、三維顯示等領(lǐng)域有許多應(yīng)用價值。通過摻雜稀土玻璃基質(zhì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，具有成本低廉、操作簡單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。因此探索和研究摻雜新稀土材料及其物理、化學(xué)和光學(xué)特性，來獲得高效率、低損耗的材料，具有重要的意義。在稀土摻雜材料的多種應(yīng)用中，上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光溫度傳感器起著重要作用。這類光學(xué)傳感器得益于熱耦合能級的發(fā)光機(jī)理來進(jìn)行溫度傳感特性的表征，得到的結(jié)果理論上只跟溫度單調(diào)相關(guān),而且測量方便易行，對環(huán)境依賴小，機(jī)理理論成熟，傳感靈敏，因而得到了廣泛的研究。但是，大多數(shù)研究都是將玻璃制備成塊狀進(jìn)行測試，所需的激發(fā)功率較大，在一定程度上限制了這類光學(xué)傳感器的進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。

目前，回音壁模式的光學(xué)諧振腔吸引了研究者的廣泛興趣，借助于微腔品質(zhì)因子高、模式體積小、能量密度極高的特點(diǎn)，利用多組分玻璃微腔的制備技術(shù)，將稀土玻璃材料與回音壁模式微腔相結(jié)合，使稀土摻雜材料的發(fā)光效率、轉(zhuǎn)換效率大幅度提高。回音壁模式的光學(xué)諧振腔是指對光波起到空間和時間上的局域增強(qiáng)作用以及頻率選擇作用的光學(xué)元器件。在時間上的限制作用以品質(zhì)因數(shù)來表征，在空間上的局域作用以模式體積來表征。其中具有高品質(zhì)因子的微球腔備受人們關(guān)注，在非線性光學(xué)、光通信技術(shù)、微傳感器、腔量子電動力學(xué)以及微型激光器等各個基礎(chǔ)與應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。利用拉錐光纖與微球腔耦合系統(tǒng)，大大提高了激勵光功率密度，提高了發(fā)光效率，在量子光學(xué)、微傳感、腔量子電動力學(xué)、微激光器等領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的理論與應(yīng)用研究，是研究非線性光學(xué)現(xiàn)象的一個很好的平臺，許多研究成果也被相繼報道。

然而，錐光纖-微球耦合系統(tǒng)，由于其易受到周圍溫度等環(huán)境因素的影響，且結(jié)構(gòu)本身在用紫外膠封裝之后無法在高溫環(huán)境下工作等缺點(diǎn)，很難適應(yīng)微型集成光電子器件的發(fā)展要求。到目前為止，還沒有在光纖內(nèi)部實現(xiàn)耦合激發(fā)稀土摻雜增益微球的相關(guān)報道。如果能制備這種光纖內(nèi)置增益微球的集成器件，在光學(xué)傳感器、微型激光器等領(lǐng)域一定會得到廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了填補(bǔ)光纖內(nèi)置增益微球光子集成器件的研究空白，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種可以內(nèi)置增益微球的光纖結(jié)構(gòu)，并能成功耦合激發(fā)微球，實現(xiàn)熒光甚至是激光輸出，結(jié)構(gòu)緊湊，制備簡單，克服了錐光纖-微球耦合系統(tǒng)易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)，制備出的集成器件在溫度傳感方面表現(xiàn)出了良好的傳感性能，為稀土摻雜玻璃發(fā)光材料的應(yīng)用開辟了新的途徑。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光的溫度傳感器，傳感器的結(jié)構(gòu)為單模光纖-多模光纖-懸掛三芯中空特種光纖-多模光纖-單模光纖結(jié)構(gòu)，具體包括單模光纖、多模光纖、懸掛三芯中空特種光纖、鉺鐿共摻碲酸鹽玻璃微球；所述的鉺鐿共摻碲酸鹽玻璃微球內(nèi)置于懸掛三芯中空特種光纖中，懸掛三芯中空特種光纖中部通過熔融拉錐形成錐腰。

所述的鉺鐿共摻碲酸鹽玻璃微球組成成分如下：