铕掺杂镁铝酸钡的热敏荧光特性研究

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利用热敏荧光材料的激光诱导荧光测温是一种远程和半侵入式温度测量技术,并在实际测温中得到了广泛应用。热敏荧光材料通常是稀土或过渡金属掺杂的陶瓷材料,当其涂于待测体表面并被光激发后,其发射的荧光在时域或频域上表现出温度依赖特性,从而利用具有温度依赖特性的荧光特征参量提取出温度。对于同一个测温任务,通常有不止一种热敏荧光材料能够满足需求。由于我们的目的是探索激光诱导荧光测温技术应用到冲击瞬变温度测量中的可行性,考虑到冲击加载所提供的温度范围、温升速率及动态压力等关键因素,我们选择铕掺杂的镁铝酸钡(BaMg2Al16O27:Eu2+,BAM)作为激光诱导荧光测温中的温度传感介质。  热敏荧光材料的温度响应特性是表征激光诱导荧光测温技术的关键指标。因此,我们分别在800nm、400nm、266nm飞秒脉冲激发下对BAM的频域和时域温度响应特性进行了表征,给出了BAM荧光对温度依赖特性的物理机制。其中800nm激发时观察到了BAM的上转换荧光发射,其荧光光谱特征与400nm及266nm单光子激发时的一致。  BAM时间积分光谱的温度响应特性研究表明,BAM荧光光谱对环境温度敏感,特别是不同荧光波长处的强度比对温度敏感。我们利用440±10nm和495±25nm这两种滤波设置分别给出了三种激发波长的强度比定标曲线及相对温度灵敏度,结果表明BAM的荧光强度比在300~670K的温度范围内表现出良好的温度灵敏度。BAM的时域温度响应特性研究给出了BAM的辐射及非辐射弛豫寿命分别在10-6s和10-11s的数量级上,这不仅表明BAM能够对瞬变温度进行实时响应,而且利用荧光强度比方法并结合具有时间门的探测器可以获得比荧光寿命方法更高的时间分辨能力。  三种激发波长下BAM的温度响应特性研究表明,激发波长的不同,并不改变BAM荧光对温度依赖特性的物理机制,因此在实际测温时可方便地选择激发光源来实现BAM的强度比温度测量,这为BAM的强度比测温技术带来了极大的灵活性。
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