掺Yb3+闪烁晶体的研究进展

掺Yb³⁺闪烁晶体是新近发展起来的一类闪烁体,有可能用于探测太阳中微子.本文简要介绍了掺Yb³⁺闪烁晶体的电荷迁移发光的机理以及基质晶体对温度猝灭与浓度猝灭的影响.综述了具有石榴石结构和钙钛矿结构的两类掺Yb³⁺闪烁晶体的研究进展,特别是Yb:YAG和Yb:YAP晶体的生长、闪烁性能以及应用前景.最后,对掺Yb³⁺闪烁晶体的未来研究方向做了展望.     

Gd3+为敏化剂的掺Tb3+硅酸盐闪烁玻璃

实验制备了以Tb³⁺为激活剂、Gd³⁺为敏化剂的硅酸盐闪烁玻璃, 研究了Tb₂O₃和Gd₂O₃含量对玻璃密度和玻璃折射率, 以及对玻璃在紫外光激发和X射线激发条件下的光学光谱特性的影响. 通过研究Tb³⁺/Gd³⁺共掺闪烁玻璃的激发与发光特性、荧光寿命, 结合稀土离子能级结构, 分析了Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量转移与传递机制. 结果表明：在紫外激发条件下, 大量引入Tb₂O₃和Gd₂O₃可提高Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量传递效率, 有利于Tb³⁺离子的绿色发光; 但是在X射线激发条件下大量引入Tb³⁺离子, 由于缺陷数增加而弱化Tb³⁺离子荧光.     

Si4+离子对Y3+:PbWO4晶体闪烁性能及辐照硬度的影响

Y3+离子掺杂钨酸铅晶体特殊的低剂量率辐照行为一般在晶体顶端表现更为明显,以往研究认为该现象起因于晶体中有效分凝系数<1的Na+、K+和Si4+等杂质在顶端的富集.本文研究了Si4+掺杂的Y3+:PWO晶体,对晶体顶端和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:在实验所涉及的掺杂浓度范围内,Si4+离子杂质对Y3+:PWO晶体的辐照硬度及透过率无影响,可以认为Y3+:PWO晶体特殊的低剂量率辐照行为和晶体中的Si4+离子含量无关.     

Gd3+为敏化剂的掺Tb3+硅酸盐闪烁玻璃

实验制备了以Tb³⁺为激活剂、Gd³⁺为敏化剂的硅酸盐闪烁玻璃, 研究了Tb₂O₃和Gd₂O₃含量对玻璃密度和玻璃折射率, 以及对玻璃在紫外光激发和X射线激发条件下的光学光谱特性的影响. 通过研究Tb³⁺/Gd³⁺共掺闪烁玻璃的激发与发光特性、荧光寿命, 结合稀土离子能级结构, 分析了Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量转移与传递机制. 结果表明：在紫外激发条件下, 大量引入Tb₂O₃和Gd₂O₃可提高Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量传递效率, 有利于Tb³⁺离子的绿色发光; 但是在X射线激发条件下大量引入Tb³⁺离子, 由于缺陷数增加而弱化Tb³⁺离子荧光.     

Ce3+掺杂闪烁玻璃的研究进展

闪烁玻璃由于制备工艺简单,尺寸灵活可控,成本低廉等优点,有望成为中国环形正负电子对撞机(CEPC)中强子量能器的候选材料。其中,以Ce³⁺发光中心掺杂闪烁玻璃有较好的闪烁性能。玻璃基质可以分为氧化物玻璃、卤化物玻璃和微晶玻璃。本文根据Ce³⁺掺杂不同玻璃基质分类,重点关注了Ce³⁺掺杂闪烁玻璃的光学透过率、光产额、衰减时间等闪烁性能和抗辐照特性。并且,总结了国内外以及闪烁玻璃合作组的最新研究成果。针对不同玻璃体系的研究现状,从玻璃组成与制备工艺等两个方面探讨了玻璃性能提升手段。最后,对Ce³⁺掺杂闪烁玻璃未来的研究发展方向做出了展望。     

OH-对掺Er3+/Yb3+钡镓锗玻璃发光的影响及除水研究

钡镓锗玻璃是一种优质的红外发光材料,而钡镓锗玻璃中少量OH^-的存在严重影响玻璃的结构并劣化了玻璃的发光性能.实验研究了在原料中引入氟化物除水和在引入氟化物的基础上进行反应气氛法除水两种方法对Er³⁺/Yb³⁺共掺钡镓锗玻璃上转换发光、1.53μm发光的影响,采用Forster-Dexter半经验简化模型分析了OH^-和Er³⁺之间的能量转移几率.结果表明：在引入氟化物的基础上进行反应气氛法除水可以将玻璃中的OH^-浓度降低到原来的1/11;随OH^-浓度的降低,上转换荧光比1.53μm发光增强更明显,545nm绿光增强了2.8倍;OH^-和Er³⁺之间的能量转移常数为1.75×10^-19cm⁴/s,该值比磷酸盐玻璃中OH^-和Er³⁺之间的能量转移常数稍大.     

熔体组成与PbWO4:Y3+晶体闪烁性能稳定性的关系

部分PWO：Y^3 晶体辐照后光产额升高，并且辐照硬度对退火温度较敏感。本文选取未掺杂及Sb、La^3 ,Y^3 单掺和La^3 /Sb,Y^3 /Sb双掺的PWO样品进行对照实验，同时选取代表性晶体的顶部急冷料做了X射线荧光主量分析。结果发现；低剂量辐射后光产额升高现象只存在于含Y^3 离子的PWO晶体中，并且这类晶体往往存在420nm吸收带；在改进Bridgeman法生长PWO晶体的后期，使熔体保持一定程度的负电性将有利于抑制该现象，即可有效地抑制同样是负电性的间隙氧进入晶体。结合测试数据，本文讨论了该现象的起因和机理，提出了掺杂剂的选择原则。     

Er3+/Yb3+共掺Al2O3光波导放大器的成分优化

利用980nm泵浦光激发下Er3+/Yb3+共掺Al2O3光波导放大器的粒子数速率方程,研究了稀土离子掺杂浓度对Er3+/Yb3+共掺Al2O3光波导放大器光学增益的影响。在此模型中,充分考虑到受激吸收、受激发射、自发辐射、能量转移等过程,揭示了稀土离子掺杂浓度和光学增益之间的紧密关系。结果表明,适量Yb3+的共掺杂能够显著提高Al2O3光波导放大器的光学增益。光波导放大器中Er3+/Yb3+的最佳共掺杂浓度不是固定值,受到泵浦功率、光波导放大器长度等因素影响,揭示了各有关报道中最佳掺杂浓度结果不一致的原因。     

闪烁晶体材料的研究进展

闪烁晶体用于X射线和γ射线等高能粒子探测,在分子医学成像、高能物理、核物理、安全检查、材料无损探伤和地质探矿等领域有着广泛的应用。随着人们对闪烁晶体的更加深入的认识以及晶体生长技术的发展,许多已开发的闪烁晶体的性能得到优化和提高,应用范围也随之扩大,随着应用的更高要求,对闪烁晶体的综合性能要求越来越高,进一步设计、发现、开发和生长具有高密度、优良光学均匀性、高能束粒子阻止本领、高光产额、快衰减、高稳定性、低成本等综合优良性能的闪烁晶体仍然是闪烁材料研究的重点。简要综述了近年来卤化物、钨酸盐、锗(硅)酸盐、铝酸盐和硼(磷)酸盐等重要闪烁晶体材料的研究进展及其闪烁性能和应用前景。     

新型闪烁晶体Ln2SiO5的研究进展

作为新型无机闪烁晶体材料，稀土硅酸盐系列晶体Ln2SiO5(Ln-Gd^3 ,Y^3 ,Lu^3 )近年来受到广泛关注。本文综述了Ln2SiO5系列晶体的结构，Ce^3 荧光机制及晶体生长研究的进展，总结了它们的闪烁性能，应用和有待深入研究的问题。     

CsCdF3:Cr3+晶格畸变及其Cd2+-空位研究

按照零场分裂（ＺＦＳ）的三阶微扰理论和叠加晶场模型,建立了ＺＦＳ参量Ｄ与ＣｓＣｄＦ３：Ｃｒ＾３＋晶格结构之间的定量关系,同时考虑了晶格畸变和Ｃｄ＾２＋空位对零场分裂参量Ｄ的贡献,计算了ＣｓＣｄＦ３：Ｃｒ＾３＋晶体的零场分裂参量Ｄ,计算结果与实验符合甚好,证明了晶格畸变和Ｃｄ＾２＋空位的存在,同时得到ｒ＾３＋离子的Ｆ＾－离子向中心Ｃｒ＾３＋离子分别移动Ｘ１＝０．００２９１ｎｍ,Ｘ２＝０．００１ｎｍ,     

钨酸铅(PbWO4)闪烁晶体的结构研究进展

介绍近年来在钨酸铅闪烁晶体结构研究方面所取得的进展,表明钨酸铅晶体结构具有结构多型性和非化学计量配比的特征,说明了晶体结构这一因素在钨酸铅晶体研究中的重要性.     

掺铒碲钨酸盐玻璃及其平面波导

研制了一种用于宽带波导放大器的掺铒碲钨酸盐激光玻璃材料,对玻璃热稳定性、光谱性质进行了表征,并在其上采用离子交换法制作了平面光波导.掺铒碲钨酸盐玻璃的转变温度Tg和析晶开始温度Tx分别为377.1和488.5℃;荧光半高宽为52nm;应用McCumber理论,计算得出Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁在峰值波长1532nm的受激发射截面为0.91×10-20cm2. 不同条件下制作了在632.8nm处多模的平面光波导,通过拟合得到Ag+离子在300℃的有效扩散系数De为2.82×10-16μm2,活化能Q为149.7kJ/mol.研究结果表明掺铒碲钨酸盐玻璃具有较好的热稳定性、优良的光谱性能和离子交换性能,有望成为宽带放大的集成光学材料.     

溶胶-凝胶法合成Y3Al5O12:Ce3+,Tb3+稀土荧光粉的研究

采用溶胶-凝胶法在低温下合成了Y3Al5O12:0.08Ce^3 ,0.12Tb^3 稀土荧光粉。通过X射线衍射（XRD）分析及激发、发射光谱测试结果表明：合成的粉末为YAG晶体结构,粉体的最大激发峰为273nm,最大发射峰为545nm,色坐标为：x=0.331,y=0.558,在273nm的紫外光激发下发出明亮的绿光。     

纳米羟基磷灰石对Ni2+的吸附性能及机理研究

以硝酸钙和磷酸氢二铵为原料用化学共沉淀法制备纳米羟基磷灰石(n-HA),用XRD、TEM 和BET表征样品的相组成、结晶形貌和比表面积. 结果表明：制备的针状羟基磷灰石长轴约为31.9nm,短轴约为21.3nm,粒径均匀且表面活性高,具有较低结晶度,比表面积高达135m²/g. 选用Ni²⁺作为吸附目标离子,通过Zeta电位、XRD和XPS分析n-HA吸附前后的表面电位、晶体物相和表面原子结合能的变化可知：Langmuir等温吸附模型仅适用于Ni²⁺初始浓度低于0.1mol/L的范围;当Ni²⁺初始浓度高于0.1mol/L时,Ni²⁺取代Ca²⁺与表面的O成键,吸附过程包括离子交换、静电吸附和溶解沉淀作用.     

Dy3+激活的LiCaBO3材料发光特性研究

采用固相法制备了LiCaBO₃∶Dy³⁺发光材料. 材料的发射光谱为一多峰宽谱, 主峰分别为484、577和668nm; 监测577nm发射峰, 对应的激发光谱为一主峰位于331、368、397、433、462和478nm的宽谱. 研究了Dy³⁺浓度对材料发射光谱及发光强度的影响, 结果随Dy³⁺浓度的增大, 材料的黄、蓝发射峰强度比(Y/B)逐渐增大; 同时, 发光强度呈现先增大后减小的趋势, 最大值对应的Dy³⁺浓度为3.00mol%, 其浓度猝灭机理为电偶极电偶极相互作用. 引入Li⁺、Na⁺或K⁺可增强材料的发射强度. InGaN管芯激发下的LiCaBO₃∶Dy³⁺材料呈现很好的白光发射, 色坐标为x=0.3001, y=0.3152.     

Yb3+掺杂SiO2-Bi2O3-B2O3玻璃的物理性质及光谱性质

选取玻璃组分60SiO2-xBi2O3-(30-x)B2O3-2K2O-7Na2O-1Yb2O3(以mo1％记，x=0，5，10，15，20，25，30)为研究对象．通过测试试样的物理性质和光谱性质，应用倒易法(reciprocity method)计算Yb^3 离子的受激发射截面(σeml)，并且计算了Yb^3 的自发辐射几率(Arad)，2F5／2能级的辐射寿命(Trad)．讨论了玻璃中Bi2O3和B2O3的组成变化对其物理性质、Yb^3 离子的吸收特性、发光特性以及OH^-离子对实测Yb^3 荧光寿命(Tf)的影响．结果表明：Yb^3 掺杂的SiO2-Bi2O3-B2O3具有较好的光谱性能，是一种新型的Yb^3 掺杂双包层光纤候选基质材料．