Φαινόμενο μεταφοράς ενέργειας που οδηγεί σε μετατροπή φωτονίων προς τα πάνω με εφαρμογή σε οπτική θερμομέτρηση
Η θερμοκρασία είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης και σχετίζεται με το βαθμό θερμότητας ενός υλικού. Η θερμοκρασία μετριέται με ένα θερμόμετρο, το οποίο είναι μια συσκευή που πρέπει να περιέχει κάποιο στοιχείο που εξαρτάται από τη θερμοκρασία προκειμένου να εκτιμηθεί η θερμοκρασία, όπως για παράδειγμα ο όγκος του υγρού υδραργύρου σε έναν γυάλινο σωλήνα.
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της κατάστασης λειτουργίας ηλεκτρικών, μηχανικών, χημικών και βιολογικών συστημάτων. Μεταξύ των διάφορων τύπων θερμομέτρων ή αισθητήρων θερμοκρασίας, αυτά που βασίζονται σε κάποια οπτική απόκριση είναι ιδιαίτερα ελκυστικά επειδή επιτρέπουν απομακρυσμένη, σε πραγματικό χρόνο και μεγάλης κλίμακας ανάγνωση της θερμοκρασίας.
Τα θερμόμετρα οπτικών ινών, για παράδειγμα, είναι πλεονεκτήματα επειδή έχουν μη τοξικά, μη αγώγιμα, μη διαβρωτικά στοιχεία. Μια κατηγορία θερμομέτρων οπτικών ινών βασίζεται στην αλλαγή του φασματικού προφίλ φθορισμού με τη θερμοκρασία και σε αυτήν την κατηγορία βρίσκουμε οπτικά θερμόμετρα με βάση λανθανίδη. Οι λανθανίδες είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντες επειδή μπορεί να παράγουν φθορισμό με ευρεία φασματική κάλυψη (που εκτείνεται από την υπεριώδη ακτινοβολία έως το εγγύς υπέρυθρο) όταν ενσωματώνονται σε βολικούς ξενιστές στερεάς κατάστασης.
Αυτό το χαρακτηριστικό επέτρεψε στα υλικά με πρόσμιξη λανθανίδης (LDMATs) να γίνουν δημοφιλείς φώσφοροι για χρήση στον φωτισμό και την τεχνολογία απεικόνισης. Όσον αφορά την εφαρμογή στην οπτική θερμομέτρηση, τα LDMAT σε μορφή οπτικών ινών έχουν θεωρηθεί η κορυφαία επιλογή για περιβάλλοντα όπου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν θερμόμετρα επαφής, όπως σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής και διυλιστήρια. Πιο πρόσφατα, η οπτική θερμομετρία που χρησιμοποιεί LDMATs σε μορφή νανοσωματιδίων έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μελέτες που χρησιμοποιούν αρουραίους για να καταδειχθεί η πιθανή χρήση της για φωτοθερμική ενδοογκική θεραπεία όπου η ρύθμιση της θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο είναι ζωτικής σημασίας.
Το Holmium είναι ένα λανθανίδιο που όταν ενσωματωθεί σε ένα κρυσταλλικό δίκτυο μπορεί να δημιουργήσει φθορισμό στο ορατό φασματικό εύρος λόγω μεταβάσεων μέσα στο ηλεκτρονικό κέλυφος 4f. Ο φθορισμός στο ορατό παράγεται γενικά σε υλικά με πρόσμιξη ολμίου εκθέτοντας το δείγμα σε εγγύς υπέρυθρο φως, μια διαδικασία γνωστή ως ενεργειακή ανοδική μετατροπή. Ερευνήσαμε τις ιδιότητες φθορισμού ανοδικής μετατροπής του ολμίου που έχει προστεθεί σε σκόνες φθοριούχου ασβεστίου και παρατηρήσαμε ότι το εμφανές χρώμα του φθορισμού του άλλαξε από πράσινο σε κίτρινο όταν η θερμοκρασία του δείγματος αυξήθηκε πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου.
Η αλλαγή στο χρώμα συμβαίνει επειδή η σχετική ένταση μεταξύ δύο γραμμών φθορισμού ολμίου που κορυφώνονται στην πράσινη και κόκκινη φασματική περιοχή αλλάζει με τη θερμοκρασία. Αναπτύξαμε ένα μοντέλο εξίσωσης ρυθμού στο οποίο η αλλαγή χρώματος του φθορισμού με τη θερμοκρασία θα μπορούσε να εξηγηθεί με βάση τη δυναμική των ηλεκτρονικών πληθυσμών του ολμίου.
Η ευαισθησία στη θερμοκρασία αυτού του είδους θερμομέτρου υπολογίστηκε αναλύοντας τον ρυθμό με τον οποίο η αναλογία έντασης φθορισμού μεταξύ των πράσινων και κόκκινων γραμμών εκπομπής άλλαξε με τη θερμοκρασία. Αυτός είναι ένας αξιόπιστος τρόπος για την εκτέλεση ανάγνωσης της θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο, επειδή είναι ανεξάρτητος από τις διακυμάνσεις της πηγής διέγερσης και της ανίχνευσης. Αυτή η μέθοδος είναι επίσης φθηνή καθώς ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα διαίρεσης σήματος δύο καναλιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία σήματος.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Μια μελέτη του φαινομένου μεταφοράς ενέργειας που οδηγεί σε μετατροπή φωτονίων προς τα πάνω στο Ho:Yb:CaF2 Οι κρυσταλλικές σκόνες και οι ιδιότητες ανίχνευσης της θερμοκρασίας, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Current Applied Physics. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Glauco S. Maciel από το Universidade Federal Fluminense.
