1、第二探测器13、三维位移平台14。
[0026] 激光器1发出的光作为激发光源经光纤親合输出后由端口 1进入光纤环形器2,之 后从光纤环形器2的端口 2输出。光纤透镜3设置于光纤环形器2的端口 2之后，激发光 源经光纤透镜3会聚于稀土薄膜4表面某一点。稀土薄膜4涂覆于待测量器件样品表面并 整体固定于三维位移平台14上，通过三维位移平台14可以调整光束经过光纤透镜3后在 稀土薄膜4表面的会聚点位置。稀土薄膜4受激发光源激发后，发出不同波长1和波长2 的焚光。波长1和波长2的焚光混合在一起被光纤透镜3收集后，从端口 2进入光纤环形 器2并从端口 3输出，到达设置于其后的光纤親合器5。焚光经光纤親合器5后分为光束1 和光束2两束，分别经第一光纤准直镜6和第二光纤准直镜7准直到达分别设置于其后的 第一滤光片8和第二滤光片9,其中第一滤光片8和第二滤光片9均为窄带滤光片，第一滤 光片8仅允许波长1的光通过，第二滤光片9仅允许波长2的光通过。经滤波后，波长1的 荧光经第三光纤准直器10收集后传导到与之相连接的第一探测器12,波长2的荧光经第四 光纤准直器11收集后传导到与之相连接的第二探测器13。通过对第一探测器12和第二探 测器13所探测到的信号进行解调，计算此两种不同波长荧光的能量比，并根据公式（1)即 可以获得待测量器件表面位于光纤透镜焦点处表面的温度。通过调整三维位移平台18,使 光纤透镜5的聚焦点遍历稀土薄膜6表面，也可以得到样品表面的二维温度分布。
[0027] 所述的稀土薄膜4具有良好的电绝缘性和热传导性，内部分散有微米或亚微米尺 度的稀土发光粉。激发光源照射稀土薄膜后会激发两种不同波长的荧光。同时由于稀土粒 子具有热耦合能级，稀土薄膜受激发出的荧光对环境温度敏感，随器件的温度不同，波长1 和波长2荧光的能量不同。
[0028] 所述的光纤环形器2仅允许光束从端口 1进入并从端口 2输出，或者从端口 2进 入并从端口 3输出。
[0029] 本发明的实施例如图1所示，包括：激光器1，光纤环形器2,光纤透镜3,稀土薄膜 4,光纤親合器5,第一光纤准直器6,第二光纤准直器7,第一滤光片8,第二滤光片9,第三光 纤准直器10,第四光纤准直器11，第一探测器12,第二探测器13,三维位移平台14。
[0030] 所述的一种全光纤式设计的器件微米尺度温度分布的测量系统的工作流程如下： 激光器1发出的980nm的激光作为激发光源经光纤親合输出后由端口 1进入光纤环形器 2,之后从光纤环形器2的端口 2输出。光纤透镜3设置于光纤环形器2的端口 2之后，激 发光源经光纤透镜3会聚于稀土薄膜4表面上某一点。稀土薄膜4涂覆于待测量器件样品 表面并整体固定于三维位移平台14上，通过三维位移平台14可以调整光束经过光纤透镜 3后在稀土薄膜4表面的会聚位置。稀土薄膜4受激发光源激发后，发出不同波长为525nm 和波长为545nm的焚光。焚光混合在一起被光纤透镜3收集后，从端口 2进入光纤环形器 2并从端口 3输出，到达设置于其后的光纤親合器5。焚光经光纤親合器5后分为光束1和 光束2两束，分别经第一光纤准直镜6和第二光纤准直镜7准直到达分别设置于其后的第 一滤光片8和第二滤光片9,其中第一滤光片8和第二滤光片9均为窄带滤光片，第一滤光 片8仅允许波长525nm的光通过，第二滤光片9仅允许波长545nm的光通过。经滤波后，波 长为525nm的荧光经第三光纤准直器10收集后传导到与之相连接的第一探测器12,波长为 545nm的荧光经第四光纤准直器11收集后传导到与之相连接的第二探测器13。通过对第 一探测器12和第二探测器13所探测到的信号进行解调，计算此两种不同波长荧光的能量 比，并根据公式（1)即可以获得待测量器件表面光纤透镜聚光点的温度。进一步通过调整 三维位移平台14,移动光纤透镜3的焦点位置遍历稀土薄膜4表面，最终可以得到样品表面 的二维温度分布。
【主权项】
1. 一种全光纤式设计的器件微米尺度温度分布的测量方法，其特征在于包括下述步 骤： 步骤1、将稀土薄膜涂覆在待测量的器件样品表面；所述的稀土薄膜是将摩尔比为 100 :10 :5的β -NaLuF4、Yb3+和Ho 3+粉末均匀涂覆在透明的塑料薄膜表面； 步骤2、将激光照射到稀土薄膜表面，采集稀土薄膜激发的两种不同波长的荧光； 步骤3、将两种不同波长的荧光分离，并将不同波长荧光下的稀土薄膜分别成像； 步骤4、对不同波长荧光下的稀土薄膜成像分别进行解调，通过计算不同波长荧光下的 稀土薄膜成像对应点的能量比，获得待测量器件表面的二维温度分布，两种不同波长的荧 光的能量比其中，B为常数，通过温度定标方法确定，定标时，测量温度 T1时的能量比η :，在已知Δ E和k时就能够得到Β，Δ E为热耦合能级差，取值为0. 188eV， k为玻尔兹曼常数，T为待测量器件样品表面的温度。2. -种实现权利要求1所述方法的全光纤式设计的器件微米尺度温度分布的测量系 统，其特征在于：包括激光器、光纤环形器、光纤透镜，稀土薄膜、光纤耦合器、第一光纤准直 器、第一滤光片、第三光纤准直器、第一探测器和第二光纤准直器、第二滤光片、第三光纤准 直器、第二探测器、三维位移平台；所述的稀土薄膜涂覆在待测量器件样品表面，待测量器 件样品固定于三维位移平台上；所述激光器发出的激发光源经光纤耦合输出后由端口 1进 入光纤环形器，由光纤环形器的端口 2输出，经光纤透镜会聚于稀土薄膜表面；通过三维位 移平台调整光束经过光纤透镜后在稀土薄膜表面的会聚点位置；稀土薄膜受激发光源激发 后发出两种不同波长的荧光，两种荧光混合在一起被光纤透镜收集，从端口 2进入光纤环 形器并从端口 3输出，经光纤親合器分为光束1和光束2,光束1和光束2分别经第一光纤 准直镜和第二光纤准直镜准直到第一滤光片和第二滤光片，第一滤光片和第二滤光片均为 窄带滤光片，第一滤光片仅允许波长1的光通过，第二滤光片仅允许波长2的光通过；滤波 后波长1的荧光经第三光纤准直器收集传导到第一探测器，波长2的荧光经第四光纤准直 器收集传导到第二探测器；通过对第一探测器和第二探测器所探测到的信号进行解调，计 算两种不同波长荧光的能量比，获得待测量器件表面位于光纤透镜焦点处表面的温度；通 过调整三维位移平台使光纤透镜的聚焦点遍历稀土薄膜表面，得到待测量器件样品表面的 二维温度分布。3. 根据权利要求2所述的全光纤式设计的器件微米尺度温度分布的测量系统，其特征 在于：所述的光纤环形器仅允许光束从端口 1进入并从端口 2输出，或者从端口 2进入并从 端口 3输出。
【专利摘要】本发明提供了一种全光纤式设计的器件微米尺度温度分布的测量方法及系统，将稀土薄膜涂覆在待测量的器件样品表面；将激光照射到稀土薄膜表面，采集稀土薄膜激发的两种不同波长的荧光；将两种不同波长的荧光分离，并将不同波长荧光下的稀土薄膜分别成像；对不同波长荧光下的稀土薄膜成像分别进行解调，通过计算不同波长荧光下的稀土薄膜成像对应点的能量比，获得待测量器件表面的二维温度分布。本发明具有测温快、精度高等优点，并能够实时显示器件表面的二维温度分布状况。
【IPC分类】G01K11/00
【公开号】CN105352624
【申请号】CN201510650526
【发明人】刘国栋, 胡流森, 吴凌远
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月9日