上转换激光晶体研究进展

本文综述近年来晶体材料的上转换过程研究进展，介绍了上转换发光晶体材料研究中的一些新动向以及在室温环境下，掺杂稀土离子的晶体上转换激光运转的成功经验，列举了几种室温上转换激光器的泵浦条件、发射波长、以及转换效率等参数，说明晶体材料的上转换激光技术已趋于实用化。     

掺杂抑制氟化钡晶体慢闪烁成分研究进展

高能物理强度前沿装置、飞行时间技术正电子发射断层扫描、超高频辐射成像和正电子湮灭寿命谱分析等应用对闪烁体的时间响应提出了更高的要求,发展超快衰减闪烁体已成为研究热点之一。氟化钡晶体是一种具有亚纳秒级快闪烁成分的独特无机闪烁体,但其衰减时间约0.6 μs的慢闪烁发光成分会在高计数率应用时引起严重的信号堆积。作为一种抑制慢闪烁成分的有效途径,氟化钡晶体慢闪烁成分抑制的掺杂研究在过去三十年受到持续关注。本文回顾了掺杂抑制氟化钡晶体慢闪烁成分的研究历史,提出了掺杂元素选择的基本原则,重点介绍稀土金属(La、Y、Lu和Sc)、碱土金属(Mg、Sr)、过渡金属(Cd)和碱金属(K)等掺杂的慢闪烁成分抑制特性、内在机理和应用研究情况,并展望了所面临的挑战与机遇。     

LuAlO3：Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥（LuAlO3：Ce简称LuAP：Ce，P表示该晶体为赝钙钛矿结构）闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状，重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展，然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题，提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向。     

上转换激光和上转换发光材料的研究进展

本文简单介绍了上转换材料的大致发展历史和形成上转换发光的4种机理。综述了上转换激光和发光材料的一些体系,并就基质材料,敏化发光以及单一波长和双波长泵浦对发光的影响进行了进一步探讨。     

闪烁发光与闪烁晶体研究动态

闪烁体用于X射线和γ射线等高能粒子探测,在核医学、高能物理、地质探矿、安全检查和材料探伤等领域有着广泛的应用.本文综述了闪烁体的特征,射线与物质的相互作用,卤化物闪烁体,氧化物闪烁体以及高温稀土闪烁体的研究进展.     

LuAlO3∶Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥(LuAlO3∶Ce简称LuAP∶Ce,P表示该晶体为赝钙钛矿结构)闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状,重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展,然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题,提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向.     

Y3+/Li+和Y3+/Na+双掺杂氟化钡快响应闪烁晶体

氟化钡(BaF₂)晶体是已知响应最快的闪烁晶体,在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF₂晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y³⁺掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF₂晶体,并采用Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F^-的产生,制备了双掺杂型BaF₂快响应闪烁晶体,进而基于优化的5 ns和2 500 ns时间门宽测试方法,研究了Y³⁺掺杂浓度以及Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂浓度对BaF₂闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明,生长的高浓度Y³⁺掺杂BaF₂晶体的光学质量优异,在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%;随着Y³⁺掺杂浓度由0提高至10%,BaF₂晶体的慢发光成分显著降低,快/慢成分比由0.15提高至1.21;生长的Y³⁺/Li⁺及Y³⁺/Na⁺共掺杂BaF₂晶体的慢发光成分较Y³⁺掺杂BaF₂晶体进一步降低,快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF₂快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。     

掺Er3+晶体近3 μm中红外激光研究进展

Er³⁺近3μm激光是高精度激光手术的理想光源,此外其本身可作为中远红外激光系统的泵浦源,对长波激光的发展具有重要价值.研究表明,Er离子间的合作上转换能够抑制激光下能级寿命过长引起的粒子阻塞,显著提高激光效率.据此提出的“高浓度掺杂”方案造成了增益晶体严重的热效应,限制了激光功率提升.本文简要总结了关于掺Er³⁺晶体激光自终止和合作上转换的研究成果,介绍了目前实现高功率近3μm激光的实验方案及其研究进展,对高功率Er³⁺近3 μm激光的发展进行了展望.     

LaBr3:Ce闪烁晶体的生长及性能研究

掺铈溴化镧(LaBr3:Ce)闪烁晶体具有光输出高、衰减时间短、能量分辨率高等优异特性,在核医学成像、地质勘探、石油测井、空间物理等核辐射探测领域具有广阔的应用前景.本文采用改进的坩埚下降法,利用自发成核成功地生长了Ce3+掺杂浓度5.0at;、尺寸φ50 mm×60 mm的LaBr3:Ce闪烁晶体,测试了晶体的光输出、能量分辨率和衰减时间等闪烁性能.结果表明,在137Cs(662 keV)放射源作用下,LaBr3:Ce晶体的光输出为同体积NaI:Tl晶体的155;,能量分辨率为3.3;,衰减时间为25 ns.     

980nm红外激发下氟氧化物中Er3+的上转换可见发光

制备了掺杂Er3+的氟氧化物(10ZrF4-10PbF2-10NaF-5Na2O-60SiO2)材料,测量了样品的吸收谱、上转换荧光发射谱和上转换发光强度与激光泵浦功率的对数关系.分析了Er3+的上转换可见发光机制,证实了在980nmLD的激发下,Er3+在402nm、449nm蓝光波段和520nm、551nm绿光波段的上转换荧光发射来自于4f电子的2H9/2、4F5/2、4S3/2、2H11/2激发态到基态4I15/2的跃迁,给出了2H9/2→4I15/2、4F5/2→4I15/2蓝光三光子激发态吸收(ESA)和4S3/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2绿光双光子激发态吸收(ESA)的上转换发光机制.     

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为120fs,波长为800nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照,经过激光辐照后材料呈暗黑色,在辐照区域的边缘发现有微裂纹,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹.通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围(HAZ)及材料所达到的最高温度.发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系.材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰,并对其产生原因进行了分析.     

Ce3+:YAG单晶闪烁体的激发和发光特性

铈激活钇铝石榴石(Ce3+∶YAG)单晶是综合性能优良的快衰减闪烁材料.本文以普通光源、激光、同步辐射以及阴极射线为激发源,对我们生长的Ce3+∶YAG闪烁晶体的激发和发光特性进行了系统的研究.结果表明:Ce3+∶YAG单晶的激发光谱(监测荧光波长为545nm)由五个激发峰组成.不同激发条件下的发射光谱均能用双高斯峰进行较好的拟合,拟合后得到的Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的中心波长分别约为520nm和570nm.但是,不同条件激发下5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的强度比有较大差异,这可能与不同的激发机制和激发能传输途径有关.     

Bridgman Growth and Characterization of LuAlO3—Ce3+ Scintillator Crystals

Chemical and structural effects in LuAlO₃-Ce³⁺ single crystals grown by the Bridgman method were studied using spectral emission, x-ray, etching and optical techniques. The Ce concentration distribution was found to exhibit the normal freeze behavior with partition coefficient of 0,17. The expansion of the unit cell volume due to incorporation of Ce was measured. Dislocation etch pits were revealed on (010), (100) and (001) crystal faces. Thermal expansion behavior of LuAlO₃ was studied along the major crystallographic axes in between the room temperature and 1000 °C. The scintillation performance of 5 × 5 × 10 mm³ samples was measured using a 662 keV gamma source with a shaping time of 1.2 μs. The light yield was increasing from 40% BGO to 70% BGO with increasing of the Ce³⁺ content from 0.13 at.% to 0.9 at.%.     

飞秒激光辐照Tm:YAG晶体的紫外发光研究(英文)

本文报道了室温下飞秒激光辐照Tm∶YAG晶体的紫外光上转换荧光。Tm3+荧光的强度与泵浦光的功率之间的依赖关系揭示了晶体的上转换过程由三光子吸收过程所主导。研究表明上能级粒子的增加来自于Tm3+吸收一个泵浦光子跃迁到3H4能级后再吸收两个泵浦光子,然后离子跃迁至下能级产生上转换荧光。     

Ce3+∶GdLu2Al5O12/Al2O3共晶微结构及其发光性能

稀土共晶闪烁体是通过定向凝固晶体生长技术,将具有不同折射率的两相制备成具有射线探测功能的共晶材料,其中含有激活离子的闪烁体相的折射率高于基质相。在高能射线辐照下,闪烁体相将入射高能射线转换成荧光,然后,荧光在闪烁体相和基底相的界面以全反射的形式实现定向输出,从而有效提高辐射探测成像的空间分辨率。本工作采用微下降法成功生长得到φ3 mm×117.0 mm 的1.0%(原子数分数)Ce∶GdLu₂Al₅O₁₂/Al₂O₃闪烁共晶样品。通过切割抛光加工得到φ3 mm×2.0 mm的共晶薄片,并将该共晶薄片进行微观结构、能谱分析和荧光性能等表征和测试,结果表明所得到的共晶样品由Ce∶GdLuAG和Al₂O₃两晶相构成,微观结构呈现出“中国结”结构,并在生长方向呈现出一定的有序排列。荧光光谱测试表明该共晶材料存在Gd³⁺-Ce³⁺间的能量传递,具有典型的Ce³⁺辐射跃迁,其中双宽峰发射峰最强位于560 nm。此外,根据生长速率对共晶样品发射峰强、峰位以及荧光寿命影响,优化出最佳下拉生长速率为4.0 mm/min。     

Czochralski法生长Lu2SiO5：Ce晶体的发光特性

本文使用铱坩埚感应加热Czochralski法成功地生长出了无色透明且尺寸达5 0mm× 6 0mm的Lu2 SiO5:Ce晶体。XRD结构分析表明 ,该晶体为单斜结构。在室温下分别以X射线和紫外光为激发源测量了该晶体的发射光谱 ,获得的发射波长分别为 4 0 3nm和 4 2 0nm ,光衰减时间为 4 1ns,光产额达 32 0 0 0p/MeV。发射光谱的双峰结构以及晶体的发光特性证明其发光源于Ce3 离子的 5d1→5F5/ 2 和 5d1→5F7/ 2 跃迁。     

Czochralski法生长Lu2SiO5:e晶体的发光特性

本文使用铱坩埚感应加热Czochralski法成功地生长出了无色透明且尺寸达φ50mm×60mm 的Lu2SiO5:e晶体.XRD结构分析表明, 该晶体为单斜结构.在室温下分别以X射线和紫外光为激发源测量了该晶体的发射光谱,获得的发射波长分别为403nm和420nm,光衰减时间为41ns,光产额达32000p/MeV.发射光谱的双峰结构以及晶体的发光特性证明其发光源于Ce3+离子的5d1→5F5/2 和 5d1→5F7/2跃迁.     

Ce3+:YAG晶体位错的研究

本文报导了用中频感应加热提拉法生长Ce3+:YAG晶体,直径达45mm.对样品采用不同的化学试剂进行了时间不等的腐蚀,用偏光显微镜观察到不同形貌的位错蚀坑,分析了位错与晶体结构及生长工艺参数等因素之间的关系.