【摘 要】
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光纤传感器因耐高温、抗电磁干扰、传感精度高等独特的性能被广泛关注,其可分为干涉型和非干涉型两大类。传统的干涉型光纤传感器容易受到光路损耗、信号光源波动等因素的干扰,导致测量精度下降。基于上转换发光的荧光强度比型光纤传感器作为一种典型的非干涉型光纤传感器,利用荧光峰面积比值或峰值比值对信号进行处理,具有自参考性不受信号源波动的影响,可有效规避传统干涉型光纤传感器的缺陷而成为新的研究热点。本文基于稀土
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光纤传感器因耐高温、抗电磁干扰、传感精度高等独特的性能被广泛关注,其可分为干涉型和非干涉型两大类。传统的干涉型光纤传感器容易受到光路损耗、信号光源波动等因素的干扰,导致测量精度下降。基于上转换发光的荧光强度比型光纤传感器作为一种典型的非干涉型光纤传感器,利用荧光峰面积比值或峰值比值对信号进行处理,具有自参考性不受信号源波动的影响,可有效规避传统干涉型光纤传感器的缺陷而成为新的研究热点。本文基于稀土离子的上转换效应研制了新型的荧光强度比型全光纤传感器,涉及碲酸盐玻璃材料的制备以及相应光纤传感器的研制,具体研究内容如下:（1）采用高温熔融退火法制备了组分为:79.3Te O2+5Zn O+10Zn F2+5La2O3+0.2Er2O3+0.5Yb2O3(Er3+/Yb3+共掺TZZL)的碲酸盐玻璃。当Er3+/Yb3+掺杂浓度比为0.2mol%/0.5mol%时,TZZL玻璃在500-600nm范围内具有两个强上转换发光峰。研究了材料的热学性能和温度传感性能,其中玻璃的转变温度和起始结晶温度之间的差值ΔT大于100℃;最大测温绝对灵敏度在560K处为0.0057K-1,最大测温相对灵敏度在300K处为0.012K-1。表明材料具有良好的热稳定性和温度传感特性。（2）基于Er3+/Yb3+共掺TZZL玻璃制作了光纤温度传感探头,并结合光纤系统搭建了全光纤温度传感器。测温重复性实验表明传感器的温度测量误差在±1K,相对标准差RSD为0.2%。基于Er3+/Yb3+共掺TZZL玻璃粉末和氢气敏感材料Pt-WO3搭建了全光纤氢气泄漏检测传感器。在模拟氢气泄漏环境中,该传感器能在1分钟内对氢气泄漏快速响应。随着氢气泄漏时间的增加,氢气传感探头的荧光强度比值从0.32上升到0.48,表明该全光纤氢气泄漏传感器在氢气泄漏检测中具有广泛应用前景。（3）采用高温熔融退火法制备了组分为:68.6Te O2+5WO3+10Zn F2+10Na2O+5Nb2O5+0.2Er2O3+1.2Yb2O3(Er3+/Yb3+共掺TWNNZ)的碲酸盐玻璃,TW NNZ玻璃在500-600nm范围内有两个不同波长的强上转换发光峰并且具有良好的热稳定和温度传感性能。用封装后的Er3+/Yb3+共掺的TWNNZ玻璃丝制作了光纤温度传感探头,在Na OH固体溶于水的放热化学反应中对体系温度进行了监控,结果表明该传感器能完整记录40s内体系温度从294K快速变化到314K的过程,说明该传感器在化学反应体系温度监控中具有一定的应用潜力。
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