基于Dy3+掺杂CaWO4荧光粉谐波激发的新型比率测温策略研究

针对非线性光学测量中谐波干扰导致光谱失真的问题，研究人员通过研究NIR激发下Dy3+掺杂CaWO4荧光粉的光致发光特性，发现分光光度计双光栅结构产生的谐波可激发Dy3+特征发射。创新性地利用1.5次谐波与Dy3+发射强度的温度依赖性差异，开发出绝对灵敏度达74.57×10?4 K?1的比率测温方法，为光学测温领域提供了新范式。

　　

在非线性光学领域，谐波生成效应作为重要的频率转换手段，虽在激光技术和光谱分析中具有关键应用，但其在光学测量过程中产生的干扰信号长期困扰着研究人员。传统上转换发光材料存在激发源受限、效率低下等问题，而基于晶体对称性的谐波生成又受限于材料选择和成本。更棘手的是，分光光度计双光栅结构产生的寄生谐波会严重污染镧系掺杂材料的本征发光信号，导致光谱数据失真。针对这一系列挑战，中国的研究人员以Dy³⁺掺杂CaWO₄荧光粉为研究对象，在《Sensors and Actuators A: Physical》发表了创新性成果。

研究团队采用共沉淀法制备样品，通过X射线衍射Rietveld精修确认材料结构，利用配备双光栅单色器的分光光度计进行波长分辨近红外激发实验。关键技术创新在于通过温度依赖的光谱分析，区分了源自仪器硬件的谐波信号与材料本征发光。

研究结果部分显示：XRD精修证实Dy³⁺掺杂未改变CaWO₄的I4₁/a空间群结构。激发光谱分析发现，在800nm近红外激发下，除Dy³⁺的特征蓝光（⁴F_9/2→⁶H_15/2）和黄光（⁴F_9/2→⁶H_13/2）发射外，还存在2ω、3ω和1.5ω谐波峰。通过系统实验证实这些谐波源自双光栅单色器的非线性相互作用，而非材料本身。

最具突破性的发现是1.5次谐波与Dy³⁺发射呈现相反的温度依赖性：随着温度升高，1.5ω谐波强度线性增加，而Dy³⁺发射因热淬灭减弱。基于此现象构建的发光强度比（LIR）测温模型，实现了74.57×10^?4 K^?1的绝对灵敏度和2.21% K^?1的相对灵敏度，性能超越传统热耦合能级测温法。

该研究不仅阐明了光谱测量中谐波干扰的物理机制，更开创性地将干扰信号转化为测温优势。通过仪器硬件特性与材料光学性质的协同调控，为高灵敏度光学温度传感提供了新思路，对精密光谱测量和生物医学成像等领域具有重要指导意义。论文通讯作者Baosheng Cao团队强调，该方法可推广至其他镧系掺杂体系，为开发新型多功能光学传感器奠定基础。