荧光寿命测温法原理

荧光寿命测温原理

敏感材料在受光照射后,敏感材料中的电子吸收光子从低能级跃迁到激发态高能级,从高能级返回到低能级的辐射跃迁,发出荧光,激励光消除之后的持续荧光发射依赖于激发态的寿命。该发射通常以指数的形式衰落,指数衰落的时间常数可以用于侧量激发态的寿命,该寿命称为荧光寿命或荧光衰落时间。

荧光寿命型温度传感器

荧光寿命的长短决定于温度的高低。荧光寿命型温度传感器, 某些稀土荧光物质受紫外线照射并激发后,在可见光谱中发射线状光谱,即荧光及其余辉余辉为激励停止后的发光。如果荧光的某一参数受温度调制,且关系单调,就可用这种关系测温。线状光谱的强度与激励光源强度及荧光材料的温度有关,若光源恒定,荧光线状光谱的强度是温度的单值函数,且随时间衰减,一般情况下外界温度越低荧光越强,余辉的衰减越慢。通过滤光片滤除激励光谱,测量荧光余辉发射光谱线的强度即可确定温度。但这种测量方法要求激励光强及信号通道稳定,很难实现,因此很少采用。除此之外,荧光余辉的衰变时间常数也是温度的单值函数。
从半导体理论来讲,余辉的衰减直至消失是光的淬灭过程,温度越高,晶格振动越强,参与吸收的声子数越多,光淬灭就越快,所以荧光材料温度决定光淬灭的快慢,即衰变时间常数的大小。

利用荧光寿命测温的最大优点就是温度转换关系单值决定于荧光寿命,不受其它外部条椒例如激励光源强度的变化、光纤传输效率、祸合程度的变化等等的影响,因此它比以光强作为温度传感信号的测温法利用荧光峰值强度或强度比测温的方法,在光纤测温原理上有明显优势。