Температурные исследования кинетики затухания люминесценции фосфатных стекол, активированных эрбием
Разработка и создание оптических датчиков для измерения температуры. Зависимость от температуры кинетики затухания люминесценции фосфатных стекол, активированных ионами редкоземельного эрбия. Возможность создания температурных сенсоров на основе стекол.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.11.2018 |
| Размер файла | 146,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова», Санкт-Петербург
Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Температурные исследования кинетики затухания люминесценции фосфатных стекол, активированных эрбием
Р.К. Нурыев, А.Н. Абдршин,
В.А. Асеев, Ю.К. Федоров
г. Санкт-Петербург
Аннотация
Исследована температурная зависимость кинетики затухания люминесценции фосфатных стекол, активированных эрбием. Показано влияние температуры на уменьшение времени жизни люминесценции на 1,5 мкм. Показана возможность создания температурных сенсоров на основе данных стекол.
Введение
На сегодняшний день актуальной задачей является разработка и создание оптических датчиков для измерения температуры. Большинство традиционных датчиков температуры, таких как термопреобразователи сопротивления и термоэлектрические преобразователи, обладают рядом серьезных недостатков. Использование традиционных сенсоров, таких как термопары, при высоких температурах и в сильных электромагнитных полях дает сравнительно большую погрешность, связанную, в частности, с термоэдс. От этих недостатков свободны оптические датчики температур. Стекла, активированных ионами редкоземельных элементов, в качестве датчиков температуры применяются там, где использование других видов температурных датчиков невозможно или крайне не желательно, например, для контроля температуры газопроводов, в авиации при контроле температуры двигателей, а также в качестве более дешевых заменителей дорогих систем контроля. Оптические датчики, основанные на измерении люминесценции, на сегодняшний день являются одними из перспективных температурных сенсоров, поскольку обеспечивают высокую точность измерения и высокое быстродействие при малых габаритах и весе сенсора. В качестве активной среды люминесцентного датчика чаще всего используется стекло или кристалл, активированные ионами редкоземельных металлов (эрбий, диспрозий и т.д.) [1].
Одним из наиболее дешевых способов измерения температуры является измерение кинетики люминесценции, связанной с изменением излучательной вероятности при изменении температуры. Достоинством люминесцентных датчиков для современных устройств является возможность их стыковки с оптоволоконной линией, имеющей максимум пропускания на 1,5 мкм. В связи с этим, целью настоящей работы являлось исследование температурной зависимости кинетики затухания люминесценции фосфатных стекол, активированных ионами эрбия.
Экспериментальная часть
В работе исследованы коммерческие фосфатные стекла марки КГСС-0135/15 с постоянной концентрацией ионов эрбия (~1,7*1019 см-3). Образцы были подвержены различным способам обезвоживания, т.е. исследовался ряд стекол с различным содержанием воды. Люминесценция эрбия возбуждалась в термоячейке импульсным полупроводниковым лазером с длиной волны лpump = 980 нм.
Термоячейка представляет собой трубчатую печь, управляемую программируемым контроллером, и позволяет изменять температуру в диапазоне от 20°С до 600°С с погрешностью 0,2°С. Кривая затухания люминесценции регистрировалась приемником Acton Research InGaAs модель ID-441 на длине волны 1,5 мкм в диапазоне от 25°С до 200°С с шагом в 50°С. После достижении необходимой температуры стекло выдерживалось в течение 20 минут для установления термодинамического равновесия.
На основе полученных экспериментальных данных было рассчитано время жизни люминесценции и построена зависимость кинетики люминесценции от температуры. Измеряя изменение времени жизни люминесценции, можно достаточно точно определить температуру образца. Из рис. 1 видно, что время жизни уменьшается при увеличении температуры. Это связано с температурным тушением люминесценции, обусловленным изменением интенсивности и амплитуды колебательных процессов в системе, и, как следствие, увеличением числа безызлучательных переходов.
Из рис. 2 видно, что для образца стекла, подверженного дейтерированию в течение 6 минут, кинетика затухания люминесценции также зависит от температуры. В результате обезвоживания интенсивность люминесцентного сигнала растет. Также возрастает время жизни люминесценции, однако чувствительность кинетики к изменению температуры уменьшается. Более длительное обезвоживание приводит к значительному уменьшению чувствительности времени затухания люминесценции от температуры в данных стеклах.
оптический датчик температура стекло эрбий
Исходя из полученных экспериментальных данных, можно сделать вывод о том, что зависимость кинетики затухания люминесценции от температуры имеет линейный характер (рис. 3) в широком диапазоне температур. При этом содержание воды влияет на интенсивность и время жизни люминесценции, поскольку вода является сильным тушителем. Сравнивая обезвоженный и исходный образцы (рис. 4), можно сделать вывод, что в стекле с большим содержанием воды кинетика затухания люминесценции более чувствительна к изменению температуры. Данная зависимость может быть использована для калибровки датчиков температуры.
Заключение
Показано влияние температуры на уменьшение времени жизни люминесценции на 1,5 мкм. Показано, что зависимость времени жизни люминесценции от температуры имеет линейный характер в широком диапазоне температур. В результате обезвоживания чувствительность кинетики затухания люминесценции к изменению температуры уменьшается. Полученные результаты могут быть использованы для создания температурных сенсоров на основе фосфатных стекол активированных ионами эрбия.
Литература
1. A.H. Khalid, K. Kontis, Thermographic Phosphors for High Temperature Measurements: Principles, Current State of the Art and Recent Applications // Sensors, 2008. V. 8. P. 5673-5744.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные процессы и явления, определяющие спектры активированных лазерных сред. Принципы получения спектральных характеристик матриц на основе ионов Er3+. Экспериментальные измерения спектров поглощения и люминесценции, анализ полученных данных.
дипломная работа [634,7 K], добавлен 18.05.2016Яркость люминесценции кристаллов. Основные физические характеристики люминесценции. Изучение спектра, кинетики и поляризации излучения люминесценции. Яркость фосфоресценции органических молекул. Начальные стадии фосфоресценции кристаллофосфоров.
реферат [36,8 K], добавлен 05.06.2011Общие положения теории люминесценции. Разгорание и затухание люминесценции. Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения, частоты, температуры. Действие на люминофоры инфракрасного излучения. Электрофотолюминесценция.
дипломная работа [51,1 K], добавлен 05.04.2008Компьютерный расчет цветовых характеристик цветных стекол в колориметрической системе XYZ и компьютерной системе RGB. Расчет координат цветностей, доминирующей длины волны и степени окрашенности по данным спектров пропускания стекол различных марок.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 17.02.2015Физическая природа поглощения и люминесценции. Состав стекла, легированного висмутом, и спектры поглощения. Структурирование висмутовых стекол с помощью фемтосекундного лазера. Исследование температурной зависимости спектрального коэффициента поглощения.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 14.01.2014Основные элементы конструкции волоконных лазеров. Фотонно-кристалические активированные волокна. Энергетические уровни ионов иттербия в кварцевом стекле. Влияние нагрева на спектры поглощения и люминесценции, на эффективность генерации волоконных лазеров.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.10.2013Получение и люминесцентные свойства легированного эрбием монокристаллического кремния. Влияние дефектов и примесей на интенсивность сигнала фотолюминесценции ионно-имплантированных слоев. Безизлучательная передача возбуждений между оптическими центрами.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 06.01.2016Исследование кинетики затухания замедленной флуоресценции 1,2-бензпирена в додекане и коронена в н.-октане. Статистический разброс константы скорости дезактивации триплетных возбуждений. Модель затухания замедленной флуоресценции данных систем.
статья [36,1 K], добавлен 16.03.2007Общее понятие о люминесценции. Лазерные кристаллы, активированные ионами Ln3+. Соединения cемейства шеелита. Редкоземельные оптические центры. Явление комбинационного рассеяния света. Метод полиэдров Вороного-Дирихле. Главные свойства молибдатов.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 18.07.2014Приведены результаты исследования кинетики затухания замедленной флуоресценции 1,2-бензпирена в додекане и коронена в Н.-октане при 77 К. Статистический разброс константы скорости триплет-триплетной аннигиляции.
статья [129,0 K], добавлен 22.07.2007Создание обзора по методам изготовления планарных интегрально-оптических волноводов в подложках. Кристаллохимическое описание стекол. Методы получения планарных волноводов методами диффузии. Параметры диффузантов используемых при изготовлении волноводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 20.11.2012Основные понятия люминесценции кристаллов. Квантовый и энергетический выход люминесценции. Способы возбуждения электролюминесценции. Влияние внешних электрических полей и высоких гидростатических давлений на характеристики галофосфатных люминофоров.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.07.2015Сущность и законы флуоресценции, принципы регистрации данного явления, кинетика и поляризация. Спектры возбуждения люминесценции. Фотообесцвечивание красителей. Зависимость флуоресценции от микроокружения молекулы. Иммуно-флуоресцентная микроскопия.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 19.08.2015Описание структуры и параметров активированных кристаллов. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов. Изучение структуры шеелитов методом пересекающихся сфер.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.07.2015Разработка и совершенствование технологий измерения температуры с использованием люминесцентных, контактных и бесконтактных методов. Международная температурная шкала. Создание спиртовых, ртутных, манометрических и термоэлектрических термометров.
курсовая работа [476,6 K], добавлен 07.06.2014Измерение температуры с помощью мостовой схемы. Разработка функциональной схемы измерения температуры с применением термометра сопротивления. Реализация математической модели четырехпроводной схемы измерения температуры с использованием источника тока.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 19.09.2019Теория температурных полей: пространственно-временные распределения температуры и концентрации растворов. Модель физико-химического процесса взаимодействия соляной кислоты и карбонатной составляющей скелета. Методы расчётов полей температуры и плотности.
автореферат [1,3 M], добавлен 06.07.2008Исследование формирования катодолюминесцентного излучения, генерации, движения и рекомбинации неравновесных носителей заряда. Характеристика кинетики процессов возгорания и гашения люминесценции, концентрации легирующих примесей в ряде полупроводников.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 10.06.2011Методики, используемые при измерении температур пламени: контактные - с помощью термоэлектрического термометра, и бесконтактные - оптические. Установка для измерения. Перспективы применения бесконтактных оптических методов измерения температуры пламени.
курсовая работа [224,1 K], добавлен 24.03.2008Исследование группы кривых кинетики структурообразования, экстремальная форма которых воспроизводит геометрию простейшей катастрофы "складка". Модели кинетики твердения дисперсий. Согласие между экспериментальными и модельными кинетическими кривыми.
статья [145,6 K], добавлен 13.11.2017
