Оптическая термометрия на основе метода отношения интенсивностей люминесценции ионов Er3+ во фторидных стеклах при прямом возбуждении УФ-светодиодом

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Высокотемпературным синтезом с использованием XeF2 в качестве фторирующего агента получены фторцирконатные и фторгафнатные стекла, активированные ионами Er3+ (ZBLAN:Er3+ и HBLAN: Er3+). Продемонстрирована возможность использования полученных стекол для оптической термометрии методом “Отношение интенсивностей флуоресценции” (FIR) на переходах 4S3/2 → 4I15/2 (540–560 нм) и 2H11/2 → 4I15/2 (515–535 нм) в ионе Er3+. Показано, что экспериментальные зависимости величины FIR от температуры хорошо моделируются стандартным выражением на основе больцмановского распределения электронов между соседними уровнями, находящимися в тепловом равновесии, в области температур T > 250 K для ZBLAN:Er3+ и T > 225 K для HBLAN:Er3+. Величины чувствительности (S) и относительной чувствительности (Sr) температурных измерений в биологически важном диапазоне (Т ≈ 320 К), полученные для синтезированных фторидных стекол, составили S = 0.0033 К–1, Sr = 1.16% К–1 для ZBLAN:Er3+ и S = 0.0025 К–1, Sr = 1.11% К–1 для HBLAN:Er3+.

About the authors

M. N. Brekhovskikh

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry

Email: mbrekh@igic.ras.ru
Lenin Avenue, 31, Moscow, 119991 Russia

L. V. Moiseeva

A.M. Prokhorov Institute of General Physics

Vavilova St., 38, Moscow, 119991 Russia

L. A. Vaimugin

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry

Lenin Avenue, 31, Moscow, 119991 Russia

V. V. Vinokurova

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry

Lenin Avenue, 31, Moscow, 119991 Russia

N. Y. Kirikova

P.N. Lebedev Physical Institute

Lenin Avenue, 53, Moscow, 119991 Russia

V. A. Kondratyuk

P.N. Lebedev Physical Institute

Lenin Avenue, 53, Moscow, 119991 Russia

V. N. Makhov

P.N. Lebedev Physical Institute

Lenin Avenue, 53, Moscow, 119991 Russia

References

  1. Brites C.D.S., Balabhadra S., Carlos L.D. Lanthanide-Based Thermometers: at the Cutting-Edge of Luminescence Thermometry // Adv. Opt. Mater. 2019. V. 7. P. 1–30. https://doi.org/10.1002/adom.201801239
  2. Курпешев О.К. Пороговые тепловые дозы локальной гипертермии при термолучевой терапии опухолей // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2023. Т. 68. № 1. С. 58–71. https://doi.org/10.33266/1024-6177-2023-68-1-58-71
  3. Wade S.A., Collins S.F., Baxter G.W. Fluorescence Intensity Ratio Technique for Optical Fiber Point Temperature Sensing // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. P. 4743–4756. https://doi.org/10.1063/1.1606526
  4. Suta M., Meijerink A. A Theoretical Framework for Ratiometric Single Ion Luminescent Thermometers–Thermodynamic and Kinetic Guidelines for Optimized Performance // Adv. Theory Simul. 2020. V. 3. P. 1–32. https://doi.org/10.1002/adts.202000176
  5. Berthou H., Jörgensen C.K. Optical-Fiber Temperature Sensor Based on Upconversion-Excited Fluorescence // Opt. Lett. 1990. V. 15. P. 1100–1102. https://doi.org/10.1364/OL.15.001100
  6. Lavı́n V., Babu P., Jayasankar C.K., Martı́n I.R., Rodrı́guez V.D. On the Local Structure of Ions in Oxyfluoride Glasses. Comparison with Fluoride and Oxide Glasses // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. P. 10935–10944. https://doi.org/10.1063/1.1420731
  7. Brekhovskikh M.N., Moiseeva L.V., Batygov S. Kh., Zhidkova I.A., Fedorov V.A. Glasses on the Basis of Heavy Metal Fluorides // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 13. P. 1348–1361. https://doi.org/10.1134/S0020168515130026
  8. Brekhovskikh M.N., Moiseeva L.V., Batygov S. Kh., Vinokurova V.V., Vaimugin L.A., Kirikova N.Y., Kondratyuk V.A., Makhov V.N. Modified Fluorozirconate Glasses Doped with 4f- and 3d-Cations // Opt. Mater. 2025. V. 158. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116456
  9. Brekhovskikh M.N., Batygov S. Kh., Moiseeva L.V., Demina L.I., Vinokurova V.V., Vaimugin L.A. Influence of Xenon Difluoride on the Optical Properties of Fluorozirconate and Fluorohafnate Glasses // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 525–527. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.06.027
  10. Jaba N., Mansour H.B., Kanoun A., Brenier A., Champagnon B. Spectral Broadening and Luminescence Quenching of 1.53 mm Emission in Er3+-Doped Zinc Tellurite Glass // J. Lumin. 2009. V. 129. P. 270–276. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2008.10.006
  11. Kesavulu C.R., Kim H.J., Lee S.W., Kaewkhao J., Wantana N., Kothan S., Kaewjaeng S. Influence of Er3+ Ion Concentration on Optical and Photoluminescence Properties of Er3+-Doped Gadolinium-Calcium Silica Borate Gglasses // J. Alloys Compd. 2016. V. 683. P. 590–598. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.04.314
  12. Carnall W.T., Goodman G.L., Rajnak K., Rana R.S. A Systematic Analysis of the Spectra of the Lanthanides Doped into Single Crystal LaF3 // J. Chem. Phys. 1989. V. 90. P. 3443–3457. https://doi.org/10.1063/1.455853
  13. Пржевуский А.К., Никоноров Н.В. Конденсированные лазерные среды: учебно-методическое пособие. СПб.: Изд-во СПбГУ ИТМО. 2009. 147 с.
  14. Dos Santos P.V., De Araujo M.T., Gouveia-Neto A.S., Medeiros N.J.A., Sombra A.S.B. Optical Temperature Sensing Using Upconversion Fluorescence Emission in Er3+/Yb3+ Co-Doped Chalcogenide Glass // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. P. 578–580. https://doi.org/10.1063/1.121861
  15. Xu W., Zhang Z.G., Cao W.W. Excellent Optical Thermometry Based on Short-wavelength Upconversion Emissions in Er3+/Yb3+ Co-doped CaWO4 // Opt. Lett. 2012. V. 37. P. 4865–4867. https://doi.org/10.1364/OL.37.004865
  16. Zhou S., Deng K., Wei X., Jiang G., Duan C., Chen Y., Yin M. Upconversion Luminescence of NaYF4: Yb3+, Er3+ for Temperature Sensing // Opt. Commun. 2013. V. 291. P. 138–142. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2012.11.005
  17. Jiang S., Zeng P., Liao L., Tian S., Guo H., Chen Y., Duan C., Yin M. Optical Thermometry Based on Upconverted Luminescence in Transparent Glass Ceramics Containing NaYF4: Yb3+/Er3+ Nanocrystals // J. Alloys Compd. 2014. V. 617. P. 538–541. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.080
  18. Xiang G., Xia Q., Liua X., Wang X. Optical Thermometry Based on the Thermally Coupled Energy Levels of Er3+ in Upconversion Materials // Dalton Trans. 2020. V. 49. P. 17115–17120. https://doi.org/10.1039/d0dt03100c
  19. Ćirić A., Gavrilović T., Dramićanin M.D. Luminescence Intensity Ratio Thermometry with Er3+: Performance Overview // Crystals. 2021. V. 11. № 2. P. 1–19. https://doi.org/10.3390/cryst11020189
  20. Липина O.А., Сурат Л.Л., Меленцова А.А., Бакланова Я.В., Чуфаров А.Ю., Тютюнник А.П., Зубков В.Г. BaYb2–xErxGe3O10 и BaY2–10yYb9yEryGe3O10: люминесцентные свойства, перспективы использования для бесконтактного определения температуры // ФТТ. 2021. T. 63. № 7. C. 944–949. https://doi.org/10.21883/FTT.2021.07.51046.050
  21. Липина О.А., Спиридонова Т.С., Бакланова Я.В., Хайкина Е.Г. Na5Rb7Sc2(WO4)9: Yb3+, Er3+: люминесцентные свойства и перспективы использования для бесконтактной термометрии // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 5. C. 603–612. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601973
  22. Xie J., Cao Q., Su T., Zhong Y., Wang W., Pan Y., Wei X., Li Y. Optical Thermometry Based on Up-Conversion Luminescence of Self-Crystallized Glass-Ceramics Containing GdOF: Yb3+, Er3+ Nanocrystals // Appl. Phys. A. 2024. V. 130. P. 1–9. https://doi.org/10.1007/s00339-024-08128-9

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».