基于光纤光栅的模式耦合理论, 采用严格的数学模型, 给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程, 分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形, 以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响。通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度。研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持。

氟氧化物兼有氧化物优异的稳定性和氟化物的低声子能量, 是上转换发光材料的一种热点基质材料, 因而研究六方相LaOF∶Er,Yb的上转换发光性能及其温度特性具有重要意义。本文采用水热法制备了六方相LaOF∶Er,Yb荧光材料, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱对其结构和上转换荧光性能进行表征。实验结果表明, 水热法120 ℃得到六方相LaF3, 经800 ℃和1 000 ℃退火后分别形成四方相LaOF和六方相LaOF。980 nm激发下, 六方相LaOF∶Er,Yb中Yb3+与Er3+存在能量传递, 通过双光子吸收产生绿光和红光的上转换荧光, 并且Yb3+与Er3+的最佳浓度分别为3%和1%。最后研究了六方相LaOF∶Er,Yb在温度传感方面的应用, 其在150~400 K温度范围的相对灵敏度和绝对灵敏度分别为0.037 K-1和0.004 3 K-1。该材料具有优异的温度传感特性, 对荧光温度传感器件的设计和应用具有指导意义。

Yb3+、Er3+共掺杂上转换发光材料能被红外光激发, 可用于肌体内部温度测量, 但上转换材料效率较低, 无法实现较深组织温度探测。考虑到Er3+能级可被多种光源布居, 较好肌体穿透性的X射线无疑是理想的激发源。本文首次报道了一种新型的深层肌体温度传感材料La2O2S∶Yb3+,Er3+。数据表明, X射线激发下, 在不同温度下的两个绿光发射强度比符合玻尔兹曼分布, 最高测温灵敏度达到了0.011 5 K-1。我们相信Yb3+、Er3+共掺的La2O2S是可以应用于临床的理想测温材料。