СРАВНЕНИЕ ДВУХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО СПЕКТРАМ АПКОНВЕРСИОННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ АКТИВИРОВАННОЙ ИОНАМИ ЭРБИЯ СВИНЦОВО-ФТОРИДНОЙ НАНОСТЕКЛОКЕРАМИКИ

На примере свинцово-фторидной наностеклокерамики проведено исследование и сравнение двух методов измерения температуры в диапазоне от 317 до 423 К с целью оценки возможности их последующего применения в температурных датчиках. Исследованы метод измерения температуры по регрессии на латентные структуры спектров апконверсионной флуоресценции в фиолетовой, зеленой и красной полосах и метод измерения температуры по отношению интенсивностей двух полос флуоресценции в зеленой области спектра. Показано, что оптимальным, с точки зрения точности измерения температуры, является четырехмерное пространство латентных структур, позволяющее с помощью обучающего набора спектров флуоресценции с шагом 10 К определять температуру выше 340 К с относительной погрешностью не более 0,15%. Метод измерения температуры по отношению интенсивностей двух полос флуоресценции в зеленой области спектра уступает по точности. Существенным преимуществом второго метода является отсутствие зависимости точности от флуктуаций мощности излучения накачки. Для реализации преимуществ первого метода необходимо применение стабилизации уровня накачки. Результаты работы могут быть использованы при создании температурных оптических сенсоров с лучшими эксплуатационными характеристиками (по точности и диапазону измерения) по сравнению с существующими на сегодняшний день датчиками, использующими температурное перераспределение интенсивности люминесценции в близко расположенных полосах или изменение времени затухания люминесценции.

1. Auzel F. Upconversion and anti-stokes processes with f and d ions in solids // Chemical Reviews. 2004. V. 104. N 1. P. 139–173. doi: 10.1021/cr020357g

2. Trupke T., Green M., Wurfel P. Improving solar cell efficiencies by up-conversion of sub-band-gap light // Journal of Applied Physics. 2002. V. 92. N 7. P. 4117–4122. doi: 10.1063/1.1505677

3. Wu J.-L., Chen F.-C., Chang S.-H., Tan K.-S., Tuan H.-Y. Upconversion effects on the performance of nearinfrared laser-driven polymer photovoltaic devices // Organic Electronics: Physics, Materials, Applications. 2012. V. 13. N 10. P. 2104–2108. doi: 10.1016/j.orgel.2012.05.057

4. Maurice E., Monnom G., Ostrowsky D.B., Baxter G.W. High dynamic range temperature point sensor using green fluorescence intensity ratio in erbium-doped silica fiber // Journal of Lightwave Technology. 1995. V. 13. N 7. P. 1349–1353. doi: 10.1109/50.400677

5. Kim D.H., Kang J.U. Review: upconversion microscopy for biological applications. In: Microscopy: Science, Technology, Applications and Education / Eds. A. Mendez-Vilas, J. Diaz. FORMATEX, 2010. V. 1. P. 571–582.

6. Scheps R. Upconversion laser processes // Progress in Quantum Electronics. 1996. V. 20. N 4. P. 271–358. doi: 10.1016/0079-6727(95)00007-0

7. Toma O., Georgescu S. Competition between green and infrared emission in Er:YLiF4 upconversion lasers // Optics Communications. 2011. V. 284. N 1. P. 388–397. doi: 10.1016/j.optcom.2010.08.065

8. Yu X., Gao M., Li J., Duan L., Cao N., Jiang Z., Hao A., Zhao P., Fan J. Near infrared to visible upconversion emission in Er3+/Yb3+ co-doped NaGd(WO4)2 nanoparticles obtained by hydrothermal method // Journal of Luminescence. 2014. V. 154. P. 111–115. doi: 10.1016/j.jlumin.2014.04.016

9. Chen J., Zhao J.X. Upconversion nanomaterials: synthesis, mechanism, and applications in sensing // Sensors. 2012. V. 12. N 3. P. 2414–2435. doi: 10.3390/s120302414

10. Yang Y., Mi C., Yu F., Su X., Guo C., Li G., Zhang J., Liu L., Liu Y., Li X. Optical thermometry based on the upconversion fluorescence from Yb3+/Er3+ codoped La2O2S phosphor // Ceramics International. 2014.

V. 40. N 7 part A. P. 9875–9880. doi: 10.1016/j.ceramint.2014.02.081 11. Rai V. Temperature sensors and optical sensors // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2007. V. 88. N 2. P. 297–303. doi: 10.1007/s00340-007-2717-4

12. Vijaya N., Babu P., Venkatramu V., Jayasankar C.K., Leon-Luis S.F., Rodriguez-Mendoza U.R., Martin I.R., Lavin V. Optical characterization of Er3+-doped zinc fluorophosphate glasses for optical temperature sensors // Sensors and Actuators B: Chemical. 2013. V. 186. P. 156–164. doi: 10.1016/j.snb.2013.05.081

13. Wade S.A., Collins S.F., Baxter G.W. Fluorescence intensity ratio technique for optical fiber point temperature sensing // Journal of Applied Physics. 2003. V. 94. N 8. P. 4743–4756. doi: 10.1063/1.1606526

14. Асеев В.А., Варакса Ю.А., Колобкова Е.В., Синицын Г.В., Ходасевич М. А. Применение регрессии на латентные структуры для определения температуры активированной ионами эрбия свинцово-фторидной наностеклокерамики по спектрам апконверсионной флуоресценции // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118. № 5. С. 760–762.

15. Асеев В.А., Варакса Ю.А., Клементьева А.В., Колобкова Е.В., Никоноров Н.В., Синицын Г.В., Ходасевич М.А. Спектрально-люминесцентные и информационные характеристики прозрачных свинцово-фторидных наностеклокерамик, активированных ионами эрбия // Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 108. № 5. С. 763–770.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License