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本文采用非水性溶胶-凝胶工艺制备了Er3+掺杂和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3,用差热-热重分析(DTA-TG)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和荧光光谱检测等方法系统的研究了Er3+,Yb3+掺杂浓度和烧结温度对掺杂Al2O3结构,及上转换发光特性的影响,揭示了掺Er3+和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3体系的上转换发光机制,绿色和红色上转换发光均为双光子上转换吸收过程。研究了基于Er3+掺杂Al2O3和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3的荧光强度比技术,讨论了在光学高温传感方面的潜在应用。建立了0-5 mol%Er3+掺杂浓度,550-1250℃烧结温度的Er3+掺杂Al2O3的Er-Al-O系相组成图,体系中存在γ-(Al,Er)2O3,θ-(Al,Er)2O3,α-(Al,Er)2O3,Al10Er6O24和ErAlO3等5种相。Er3+的掺杂促进γ和θ相非晶化,随着掺杂浓度升高,非晶化趋势加剧,且对γ→θ和θ→α相变的抑止作用增强。Er3+掺杂浓度为5 mol%时,γ→θ和θ→α相变温度较未掺杂的Al2O3分别提高了约60℃和110℃。Er3+掺杂Al2O3具有发射波长为523、545 nm的绿色和660 nm的红色上转换发光特性,其上转换发光强度随着γ→θ→α相变而增加,其中α相由于具有较低对称性而更利于Er3+的上转换发光。Er3+掺杂Al2O3粉末的绿色和红色上转换发光均为双光子上转换吸收过程。Er3+掺杂浓度为0.1 mol%时,其上转换过程主要为激发态吸收4I(11)/2+a photon→4F7/2和4I(13)/2+a photon→4F9/2过程;Er3+掺杂浓度增加到1 mol%时,交叉弛豫4I((11/2)+4I11/2→4I(15)/2+4F7/2和4I11/2+4I(13)/2→4F9/2+4I((15/2)过程也起一定作用。Yb3+共掺杂显著提高Er3+掺杂Al2O3粉末的上转换发光强度。对于0.1-5 mol%Er3+掺杂浓度,随着Yb3+共掺杂浓度的增加,Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3的上转换发光强度均呈现先增加后降低的变化。与化合物相(Yb,Er)3Al5O12相比,Yb3+在γ-(Al,Er,Yb)2O3和θ-(Al,Er,Yb)2O3相中更高的溶解度能够提高ET效应和泵浦吸收效率,更利于获得较强的上转换发光。Er3+掺杂浓度为0.1-1 mol%、Er3+,Yb3+摩尔比为1∶10的共掺杂Al2O3粉末,绿色和红色上转换发光强度Igreen和Ired均达到最大,此时肉眼视为红色发光,发光强度已达到可应用水平。结合速率方程分析了Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3粉末中红色和绿色上转换发光强度比(Ired/Igreen)的变化规律,激发态吸收4I(13)/2+a photon→4F9/2和能量传递2F5/2(Yb3+)+4I(13)/2(Er3+)→2F7/2(Yb3+)+4F9/2(Er3+)过程的更高效率导致Ired/Igreen随Yb3+共掺杂浓度的提高而明显增加。提高Yb3+共掺杂浓度和泵浦电流均可以造成523和545 nm的绿色上转换发光强度比(I523/I545)的增加,且I523/I545是温度的函数,与相结构无关。将荧光强度比技术应用于Er3+掺杂和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3。在温度范围分别为295-773 K和295-873 K,泵浦功率分别为800 mW和350 mW条件下,基于Er3+掺杂和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3光学高温传感器组元的最大灵敏度约为0.0052 K-1和0.0051 K-1,温度分辨率均为0.3 K左右,证明了Er3+掺杂和Er3+-Yb3+共掺杂Al2O3在光学高温传感方面的应用潜力。