[發明專利]端部稀土離子Sm3+

在審

• 申請號: 202111090443.0
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113776690A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 葉林華;朱克松;吳鋒;張志宏;張雁
• 申請（專利權）人: 浙江大學;中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;C09K11/80
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發明提供一種端部稀土離子Sm³⁺摻雜YAG單晶光纖熒光溫度傳感器及其測溫方法和探頭制備方法，屬于光纖溫度傳感器技術領域。耐高溫氧化物YAG單晶光纖的端部摻雜稀土離子Sm³⁺，構成一體型耐高溫光纖熒光溫度傳感器探頭。用紫外或藍色半導體光源通過Y型光纖激發稀土離子Sm³⁺發出熒光，由于稀土離子Sm³⁺所發出的熒光與溫度相關，通過檢測稀土離子Sm³⁺熒光譜中相關熒光譜線之熒光強度比確定傳感頭所處溫度。本發明具有測溫范圍寬，測溫范圍可達?45—755℃，傳感器探頭熱響應快，YAG單晶光纖與稀土離子Sm³⁺熒光材料一體連接，無光學膠粘劑和探頭固定外套，整體結構具有耐高溫等顯著特點。

技術領域

本發明屬于光纖溫度傳感器技術領域，具體涉及一種端部稀土離子Sm³⁺摻雜YAG單晶光纖熒光溫度傳感器及其測溫方法和探頭制備方法。

背景技術

目前稀土熒光材料廣泛用于照明、顯示和防偽等領域，通常稀土離子摻雜的熒光材料在外部激發光源的激發下發射熒光，其熒光強度或熒光壽命隨溫度變化，利用熒光的溫度相關性，發展了熒光壽命型和熒光強度比例型等各種熒光溫度傳感器，這其中熒光強度比例型溫度傳感器是利用熒光材料發射的兩個熒光譜線之強度比隨溫度的關系實現測溫，具有原理簡明、技術實現相對簡單等優點引起了人們廣泛的關注。

熒光強度比例型光纖溫度傳感器通常將熒光材料通過粘結劑等手段將作為溫度傳感元件的熒光發射體置于石英光纖的端部。將上述石英光纖連接到Y型光纖的公共端，激勵光源從Y型光纖的一個分支導入石英光纖端部的熒光材料發出熒光，端部發出的熒光從Y型光纖的另一個分支導出，經過一個截止濾光片濾除激發信號后將熒光輸入到光電信號檢測電路得到兩個特定熒光譜線之熒光強度比信號后用于確定溫度。但是普通的基于石英光纖的熒光溫度傳感探頭難以在高溫下使用。

發明內容

經發現普通的基于石英光纖的熒光溫度傳感探頭難以在高溫下使用主要是因為石英光纖本身工作溫度和機械強度限制，而本發明提供了一種端部稀土離子Sm³⁺摻雜YAG單晶光纖熒光溫度傳感器及其測溫方法和探頭制備方法，利用YAG單晶光纖具有溶點高、物理化學穩定性好和耐化學腐蝕優點。通過在YAG單晶光纖的一端制備小段稀土離子Sm³⁺摻雜熒光材料，使得摻雜部分具有良好的熒光發射性能，解決了普通的基于石英光纖的熒光溫度傳感探頭難以在高溫下使用的問題。

本發明實施例提供了一種端部稀土離子Sm³⁺摻雜YAG單晶光纖熒光溫度傳感器，包括熒光溫度傳感器探頭和光源，所述熒光溫度傳感器探頭所處溫度通過在所述光源激發下檢測稀土離子Sm³⁺所發熒光光譜中不同熒光譜線之熒光強度比確定；

其中，所述熒光溫度傳感器探頭包括：YAG單晶光纖以及在YAG單晶光纖的端部摻雜稀土離子Sm³⁺而形成的熒光溫度傳感器探頭的頭部，所述熒光溫度傳感器探頭的頭部與所述YAG單晶光纖一體成型。

在一個或多個實施例中，所述熒光溫度傳感器探頭所處溫度通過在紫外或藍色半導體光激發下檢測稀土離子Sm³⁺所發熒光光譜中不同熒光譜線之熒光強度比確定，所述紫外或藍色半導體的光源為半導體激光器或半導體LED光源，其中，半導體激光器或半導體LED光源的波長為405nm或465nm，所述紫外或藍色半導體的光源具有能夠與Y型光纖耦合的SM905光纖耦合輸出接口。

在一個或多個實施例中，所述YAG單晶光纖采用激光加熱基座法制備。

在一個或多個實施例中，所述YAG單晶光纖長度為5—40cm，其直徑為200—1200μm。