掺铈钆铝镓石榴石闪烁晶体的研究进展及应用

掺铈钆铝镓石榴石(Ce:GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料,在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景.该文总结了Ce:GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展,综述了Ce:GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用,最后展望了Ce:GAGG晶体材料及其应用的发展方...     

LSO晶体及阵列加工技术研究

闪烁体和闪烁探测器在工业、医学及某些核物理实验、地质探矿、安全检查和材料探伤等领域应用广泛。掺铈硅酸镥(Ce∶LSO)是一种高密度、高原子序数的闪烁晶体,因其对X线具有响应时间快,发光产额高,且具有一定的能量分辨率,不易潮解,对中子灵敏度低等独特优点,被认为是迄今为止综合性能最好的闪烁体。随着闪光X线摄影技术的发展,对小像素大面积Ce∶LSO闪烁晶体阵列加工提出了更高要求,从而给晶体阵列像素的加工造成困难。其阵列像素表面的切割、研磨、抛光等加工质量将直接影响后续晶体阵列组装,甚至影响到探测器件的质量和使用寿命。该文结合Ce∶LSO闪烁晶体的基本性质,对晶体的切割、研磨、抛光及阵列组装技术进行大量的实验和改进,通过控制合适的工艺参数,采用特殊的加工方法成功加工出高质量的Ce∶LSO闪烁晶体阵列。     

Ce:GAGG闪烁晶体生长与性能研究

采用中频感应提拉法生长出φ50 mm×90 mm的高质量Ce:GAGG晶体,并对晶体进行X线衍射(XRD)测试,计算了晶胞参数,测试了晶体室温下的透过率、X线激发发射谱(XEL)、能谱和衰减时间特性。实验结果表明,Ce:GAGG晶体的发光中心波长为540nm,光输出为54 000光子/MeV,能量分辨率为7.2%@662keV,衰减时间为94ns。     

LuAG:Ce和LuAG:Ce,Mg晶体生长与闪烁性能

采用提拉法生长了?80 mm×100 mm的掺Ce镥铝石榴石(LuAG:Ce)晶体和掺Mg的LuAG:Ce(LuAG:Ce,Mg)晶体,并测试了晶体室温下的闪烁性能。实验结果表明,通过Mg离子掺杂,晶体光产额从15 000±1 500 photons/MeV提高到30 000±1 500 photons/MeV,衰减时间从120 ns加快到54 ns。     

铈掺杂稀土卤化物单晶的处理方法

为了解决铈掺杂稀土卤化物单晶中内部热应力大、难于加工的技术难题,该文提供了一种针对铈掺杂稀土卤化物单晶的原位退火处理方法。利用该方法对尺寸为?25.4 mm×25.4 mm和?76.2 mm×76.2 mm的Ce∶LaBr_3晶体进行退火处理,晶体经过切割、滚圆、研磨、抛光、封装等工艺过程后,均未出现开裂的现象。通过测试以上两种Ce∶LaBr_3器件能量谱图,其能量分辨率分别为2.92%和3.02%,该工艺未对晶体的闪烁性能造成影响。实验结果表明,该文提出的铈掺杂稀土卤化物单晶原位退火处理方法,可有效地消除晶体内部的热应力,并改善其机械性能,这对提高晶体加工成品率具有重要意义。     

LuYAP∶Ce闪烁晶体阵列研究

铝酸钇镥(LuYAP)∶Ce晶体具有衰减时间短,密度大,光产额高及不潮解等优点。采用该晶体制作的闪烁晶体阵列,能快速获得皮秒级正电子湮灭的精确信息。该文报道了一种LuYAP∶Ce闪烁晶体阵列的制作方法,将提拉法制备的LuYAP∶Ce晶体经切割并运用化学机械抛光法处理后,最终利用填充材料制作了晶体阵列。在X线光机上开展了阵列的发光均匀性测试,测得发光不均匀性为14.8%。结果表明,LuYAP∶Ce晶体满足使用要求。     

共掺Ce对Nd,Eu:ZnWO4激光晶体的敏化作用

为了研究共掺Ce对Nd,Eu∶ZnWO4激光晶体的敏化作用,采用提拉法生长了无宏观缺陷的一系列Nd∶ZnWO4,Ce∶ZnWO4,Eu∶ZnWO4,Ce∶Nd∶ZnWO4和Ce∶Eu∶ZnWO4晶体,并进行了X射线衍射(XRD)、吸收光谱和荧光光谱的测试.测试结果表明,在ZnWO4晶体中Ce3 离子在324 nm附近有很强的吸收,可以有效地吸收抽运能量;Ce3 离子与Nd3 离子和Eu3 离子间存在明显的能量转移,使Nd3 离子在474 nm,572 nm的上转换荧光以及Eu3 离子在613 nm处的荧光强度明显增强,并提出了敏化机制和能量转移过程.结果说明,共掺Ce对Nd,Eu∶ZnWO4激光晶体有较好的敏化作用,有助于提高激光晶体的发光强度.     

双掺钾钠铌酸锶钡晶体光学特性研究

成功地生长、制备出了双掺（Cu,Ce)钾钠铌酸锶钡晶体样品,测量了双掺（Cu,Ce)钾钠铌酸锶钡晶体在红光波段的二波耦合特性及其光诱导吸收变化。实验结果显示,双掺（Cu,Ce)钾钠铌酸锶钡晶体在红光波段具有好的光折变性能,基红光波段的二波耦合增益可达10cm^-1;且存在着较强的光诱导吸收现象,其光诱导吸收变化明显地依赖于泵浦束光强和探测束光偏振,探测束偏振方向平等晶体c轴时的光诱导吸收系数和探测束偏振方向垂直于晶体c轴时的光诱导吸收系数分别达0．53c^-1和0．26cm^-1,并以实验结果用两光折变中心模型进行了解释。     

大尺寸闪烁晶体Ce∶LYSO的生长

采用提拉法生长Ce∶LYSO闪烁晶体。通过研究晶体开裂及产生过冷的机理,优化温场结构设计,解决了这两种现象之间的矛盾,实现了大尺寸Ce∶LYSO晶体的生长,晶体尺寸达到60 mm×280 mm。先后生长不同掺杂浓度的Ce∶LYSO晶体,并根据相应的测试结果确定了合适的掺杂比例,进一步明确不同通气方式对晶体性能的影响。结果表明,Ce掺杂浓度达到0.15%时,发光强度最大,晶体内部无明显缺陷。晶体在抽真空充流动氮气条件下生长,有利于提高晶体的透过率,对相对发光强度的影响不大。     

Ce∶Cu∶SBN晶体生长及全息存储性能的研究

在SBN中掺杂的ω(CeO2)、ω(CuO)为0．1％,采用硅钼棒作加热体,以提拉法生长Ce∶Cu∶SBN、Ce∶SBN和Cu：SBN晶体,测试晶体的衍射效率和响应时间。Ce∶Cu∶SBN晶体的最大衍射效率达65％,响应时间为1．3s,以Ce∶Cu∶SBN晶体作记录元件,以Cu∶SBN晶体作为位相共轭反射镜,实现全息关联存储。Ce∶Cu∶SBN晶体的存储性能优于SBN、Ce∶SBN和Cu∶SBN晶体。其响应速度比Fe∶LiNbO3晶体快一个数量级以上。对Ce离子和Cu离子在SBN晶体的占位和Ce∶Cu∶SBN晶体存储性能增强机理进行探讨。     

Ce:Mn:LiNbO_3晶体光折变效应及应用

铌酸锂晶体非线性光学系数大,易于掺杂并能保证较高的光学质量,所以仍然是目前应用较广的光折变材料之一。本文报道铈锰双掺铌酸锂(Ce:Mn:LiNbo_3)的晶体的光折变效应及其在二波耦合和实时全息关联存储中的应用,并对实验结果进行了讨论和     

Ce∶KNSBN光折变光纤两波耦合特性研究

研究了掺铈钾钠铌酸锶钡 (Ce∶KNSBN)光折变光纤“扇”特性及两波耦合的基本特性。通过实验发现 ,当入射光的入射角为 8°左右时 ,“扇”最小 ,这与块状晶体有根本的不同。在信号光与抽运光的入射夹角 2θ小于 11°时 ,两波耦合增益随入射夹角的增大而增大 ,而当入射夹角大于 11°时 ,两波耦合增益随着入射夹角的增大而迅速减小。给出了在各个不同的入射夹角下 ,两波耦合增益中透射的信号光的时间特性曲线。两波耦合增益随信号 抽运比的增加而增加 ,在入射夹角为 8° ,信号 抽运比为 1∶10 0 0时 ,两波耦合增益达到了 77,比块状晶体相应条件下提高了 4倍。用两波耦合的理论公式对增益随信号 抽运比的实验数据进行了拟合 ,二者相符     

Nd∶GdCOB和Cr∶Nd∶GdCOB晶体的脉冲激光特性

Ca4GdO(BO3)3(GdCOB)是一种新型的自倍频晶体.利用氙灯作泵浦源,对单掺的Nd∶GdCOB和双掺的Cr∶Nd∶GdCOB两种自倍频晶体实现了1061nm～530.5nm自由运转的自倍频转换.单掺和双掺晶体的泵浦阈值能量分别为1.0J和0.92J,自倍频光的最大输出能量分别为1.96mJ和2.46mJ.利用脉冲染料激光作泵浦源,对Nd∶GdCOB晶体获得了1331nm基频光和655nm自倍频红光运转,并获得了530.5nm自倍频绿光输出.     

双掺杂和三掺杂铌酸锂晶体稳定全息存储的实验研究

对两种不同氧化 还原处理下的四种不同掺杂Cu∶Ce ,Mn∶Cu∶Ce ,Mn∶Fe和Mn∶Fe∶Mg的铌酸锂晶体进行了红光和紫光光色效应稳定全息存储的实验研究 ,实现了LiNbO3∶Cu∶Ce和LiNbO3∶Mn∶Cu∶Ce晶体中的稳定全息存储。实验结果表明只有高氧化的晶体才能实现稳定全息存储。在高信噪比前提下 ,LiNbO3∶Cu∶Ce晶体稳定衍射效率最高。     

Ce~(4+)∶KTP晶体倍频效应的研究

采用等离子体发射光谱法测定了在掺入Ce4 +不同浓度条件下所生长的Ce4 +∶KTP晶体中的Ce4 +含量 ,并计算出Ce4 +在相应晶体生长体系中的分配系数 ;采用激光粉末倍频法对晶体进行了倍频效应测试 ,并将所得数据与纯KTP晶体做了比较 ,发现在给定的掺质浓度范围内 ,晶体的倍频效应均有所增强 ,且倍频效应随晶体中掺质含量的增大而先增强 ,后减弱 ,文中对这种现象进行了讨论。     

国内要闻

北京制成大型和2英寸单晶北京有色金属研究总院国家半导体材料工程中心日前制成直径为76mm、重5kg的水平掺硅砷化镓(GaAs)大型单晶及2英寸等径GaP单晶。这种掺硅砷化镓单晶是制备半导体激光器、光阴极、红外探测器、发光二极管及超高亮度发光二极管以及空间用太阳能电池等新型光电器件的关键材料。     

膜电阻作为微波电路封装谐振模式抑制层

通常将微波电路置于金属封装之内.如果该封装波导谐振模恰好位于电路工作频率范围之内,电路与封装谐振模间的耦合将干扰电路的工作.在腔内放入覆有膜电阻的介质基片,可以有效地削弱封装谐振模,避免了放入吸波材料的传统方法给军用、宇航用毫米波电路带来的可靠性和机械加工难题.膜电阻的吸波性能取决于膜电阻方阻值和介质层厚度,使用数值方法计算得到应用该方法削弱后的最低阶封装谐振模的品质因数.     

Nd∶GdVO4晶体生长及其LD端面泵浦调Q激光性能

通过液相合成方法提纯Nd∶GdVO4多晶料,降低生长过程中存在的原料非一致性挥发,以及使用特殊晶体生长温控技术和消除晶体"后天性光散射",Czochralski方法成功生长系列不同钕掺杂浓度的Nd∶GdVO4单晶.采用不同透过率的Cr4+∶YAG晶体对Nd∶CdVO4晶体进行激光调Q实验.实验结果显示,Cr4+∶YAG Nd∶GdVO4激光器可以得到稳定高平均功率调制激光输出.实验得到的最小脉冲宽度只有6 ns,对应峰值能量为26.4 kW.对不同浓度掺杂对晶体调制激光性能也进行了比较,发现掺钕浓度越高,激光脉冲能量和峰值功率越大.对该晶体的GaAs调Q激光输出性能也进行了介绍,4.8 W泵浦光下,最大GaAs调制激光输出为0.63 W.     

基于弛豫铁电单晶的红外热释电探测器研究

研究了新型热释电材料驰豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)的低损伤减薄工艺、电极成型和耦合封装等关键技术,研制了基于PMNT的单元热释电探测器。对减薄后约30μm晶片材料性能的测试分析表明,部分样品的热释电系数约为9.0×10-4 C/m2 K,无明显衰减。采用低噪声电路提取单元探测器的微弱热释电电流,对所研制的单元探测器性能进行了测试分析。     

2 000~2 800 eV软X光入射CsI(TI)闪烁体的探测效率标定

CsI（Tl）闪烁体是X光转换为可见光的一个比较重要的部件,其转换效率对惯性约束聚变中的X光诊断发挥关键作用。利用北京同步辐射装置4B7A中能束线,针对2 000~2 800 eV能段的软X光入射不同厚度CsI（Tl）闪烁体后转换为可见光的探测效率进行了标定。文章详细分析了CsI（Tl）闪烁体在X光激发下的能量沉积和出射可见光的效率。整个探测系统包括入射兼容光源、标准探测器、快门、CsI（TI）闪烁体块、黑腔盒,SI1000可见光CCD等。用曲线拟合的方法归一化入射兼容光,利用SI1000可见光CCD相机作接收系统记录出射可见光,在CCD线性工作范围内,得到CCD上记录的出射可见光计数。标定实验获得2 000~2 800 eV能区标定探测器电流,CCD计数,得到了同一曝光时间下CCD计数和入射光子数的比值,即探测效率。实验结果表明,随着CsI（Tl）闪烁体厚度的增加,探测效率也随之提高。实验方法为后续选择合适厚度闪烁体做软X光探测做基础。