PbWO4晶体的生长及其光学性能的研究

本文报道了新型闪烁晶体ＰｂＷＯ４的生长，研究了晶体的生长工艺，获得较为平坦的固液界面，消除晶体生长中产生的缺陷，测试了晶体的光学性能；探讨了ＰｂＷＯ４晶体的着色机理。     

Cd:PbWO4晶体的生长及其性质

采用提拉法生长了Cd:PbWO4晶体,最佳生长工艺参数:液面上和液面下轴向温度梯度分别为40～50 ℃/cm和17～25 ℃/cm,生长速度2～3 mm/h,转速为25～30 r/min,以这一条件生长晶体可克服液流转换,避免由此引起的缺陷.Cd:PbWO4的透过率明显高于各类型未掺杂PbWO4晶体,测得Cd:PbWO4的发光效率为21.2 p.e/MeV,而高纯PbWO4为10.5 p.e/MeV,分析纯退火PbWO4为8.2 p.e/MeV,未退火PbWO4为6.7 p.e/MeV.Cd:PbWO4晶体的平均衰减时间约为10 ns.以上结果表明,Cd:PbWO4是一种良好的闪烁晶体.     

PbWO4晶体的太赫兹光谱

测量了室温下钨酸铅(PbWO4,PWO)晶体在0.1～3 THz的太赫兹时域光谱.分析表明:在0.2～0.9THz范围内,晶体的吸收系数小于30 cm-,有较好的透射性,在0.4 ～0.6 THz有一个较弱的泛频共振吸收峰;折射率在2～6之间变化,0.36 ～0.9 THz是一个明显的反常色散区域;根据光学常数之间的关系,计算得到介电函数曲线,介电函数实部值在4 ～38之间变化,在0.36 THz处有明显的突变尖峰;介电函数虚部随频率升高从0.7下降到0.3.     

Ca2+离子对Y3+∶PbWO4晶体辐照硬度的影响

与其它三价稀土离子(La3+、Lu3+等)掺杂相比较,Y3+的掺杂表现出特殊的低剂量辐照行为:光产额辐照后升高,同时伴随着晶体在380nm～500nm波段透过率的变化,并且辐照硬度对退火温度较敏感.以往认为光输出升高的幅度是晶体顶端大于晶体晶种端,因此推测该现象与晶体中有效分凝系数小于1的Na+、K+和Si4+等杂质有关.本文对全尺寸晶体的顶端、中段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:辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端和晶体顶端;在一定条件下辐照后光产额升高的幅度是晶体晶种端大于晶体顶端,结合我们铅空位补偿型掺杂剂的实验结果,初步推断这可能是由于Ca2+离子含量较高而引起Y3+离子电荷补偿方式的改变.     

钨酸铅(PbWO4)晶体的研究概况

本文概要介绍了近年来国内外钨酸铅晶体的研究进展,包括它的晶体结构、常见缺陷、发光机制及掺杂改性等,着重阐述了着色机制和掺杂改性,并介绍了几种具有代表性的关于该晶体发光机制的观点.     

PbWO4晶体吸收中心的研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与吸收中心相关的本征缺陷态密度分布,并运用过渡态方法计算了激发能.结果表明:PbWO4晶体中WO3+Vo缺陷的O2pW5d跃迁可以引起350nm和420nm附近的吸收,并且发现VPb的存在可以使WO2-4基团的禁带宽度明显变小.     

钨酸铅晶体中痕量杂质元素的分布特征及其对晶体性能的影响

利用GDMS分别测试了用Bridgman方法生长的十个全尺寸钨酸铅晶体顶、底两端的杂质含量,发现在PWO晶体中,K、Na、Mo、As、Y等杂质元素富集于晶体的顶部,具有分凝系数小于1 的特征.Ca和Ba杂质则富集于晶体的底部,具有分凝系数大于1 的特征,Al、Si、Cu等杂质的分布缺乏明显的规律性.这些杂质主要来源于生长晶体时所使用的WO3原料.根据掺杂实验,认为K、Na、Mo、As等是影响PWO闪烁性能的有害杂质,Ca和Ba是无害杂质,Y是有益杂质,Al、Si、Cu等杂质的行为尚不明确.     

钨酸铅闪烁晶体垂直梯度凝固法生长及光学性能研究

本文报道了垂直梯度凝固法(VGF)生长PWO晶体的研究结果.通过优化工艺参数,成功获得直径25mm、长度140mm的PWO晶体.通过测试PWO晶体的XRD、透过光谱、荧光光谱等,研究了所得晶体的光学性能.结果表明:VGF法生长PWO晶体在350～420 nm处的光学透过率明显提高,荧光发光主峰位于435 nm,是快发光峰,但慢发光比例有所增加.     

Effect of Annealing on the Luminescene Property of PbWO4 Crystals Grown by the Czochralski Method

PWO Crystals grown by the Czochralski method were annealed under different conditions. The transmittance of PWO crystal was decreased when it was annealed in anoxygen‐rich environment; where as it was in creased when the crystal was annealed in vacuum. A mechanism on the transmittance change was proposed. The main peaks of X‐ra y exite demission spectra showed that both as‐grown and vacuum‐annealed crystals fit into blue light region with the latter one showing higher intensity. The oxygen‐rich annealed crystals hifted to longer wave length of green light region at lower intensity. The faster components in the light yield of crystals annealed in vacuum were higher correspondence to its higher intensity of the blue light.     

NaF、LiF掺杂钨酸铅晶体的性能研究

采用坩埚下降法生长了NaF、LiF掺杂钨酸铅(PbWO4)晶体,研究了掺杂晶体的透射光谱、光产额和X射线激发发射谱等发光性能.结果表明:与未掺杂PbWO4晶体相比,NaF掺杂可以显著提高PbWO4晶体在350nm附近的透过率,其X射线激发发射谱中出现新的发光峰;而LiF掺杂引起了晶体可见光范围内的强烈吸收,造成PbWO4晶体光产额的显著下降.基于影响PbWO4晶体闪烁性能的原因分析,提出了采用其它价态金属氟化物掺杂来提高PbWO4晶体光产额的新思路.     

下降法生长PWO晶体中光散射中心的观察与分析

本文根据光学显微镜、扫描电镜、电子探针微区成分分析和晶体退火过程的实时观察,将存在于PbWO4晶体中的光散射中心分为3种类型:气态包裹物、固态包裹物和微空洞.根据电子探针微区成分分析和XRD物相测定,认为固态包裹物的组成为WO3,Pb2WO5和杂质聚集形成的低共熔点化合物.WO3颗粒是原料中局部WO3未充分固相反应的残留物;Pb2WO5是WO3和局部过量的PbO反应形成的.微空洞是晶体中空位聚集在一起形成的二次缺陷,晶体中的光散射朦芯主要由微空洞构成.通过对光散射中心的成因分析,提出了消除此类宏观缺陷的工艺措施.     

掺镧钨酸铅晶体缺陷的理论研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了掺镧PbWO4晶体中相对缺陷的电子态密度分布,并讨论了相关缺陷的电荷补偿机制.发现VPb是掺镧钨酸铅晶体中主要的电荷补偿方式.缺陷态LaPb+VPb的态密度分布以及其激发能的计算结果表明:掺镧晶体不会引起420nm和350nm的吸收,改善了PbWO4晶体中的两个本征吸收带.掺杂后晶体中O2p→W5d的跃迁能量为3.98eV.     

Er3+掺杂钨酸铅晶体的发光和光谱特征

本试验测试了Er3 掺杂钨酸铅晶体(PbWO4:Er3 )的吸收光谱,依据J-O理论,首次计算报道了光谱项特征:J-O强度参数、量子荧光效率、荧光分支比等,Ω2=3.75×10-20cm2,Ω4=0.67×10-20cm2,Ω6=0.41×10-20cm2。计算证实,PWO:Er3 中几乎有80%的激发能量非辐射跃迁转移致4I13/2能级,4I13/2的计算寿命是5200μs,J-O计算显示,在PWO中产生4I13/2→4I15/2和发射1.53μm.有高的几率。讨论了不同浓度Er3 掺杂对于吸收系数和PbWO4晶体光学吸收边的影响,讨论了Er3 掺杂PbWO4晶体的光致发光和X射线激发发光光谱,PbWO4:Er3 晶体中存在着从PbWO4基质到Er3 离子的能量传递,发光光谱的分析表明,这种能量传递是共振能量传递。     

人工合成PbWO4晶体的电子探针研究

人工合成的PbWO4晶体是新型的闪烁体材料,本工作仔细选择合适的工作条件,对PbWO4晶体进行了精确的电子探针定量分析,揭示了晶体生长过程中组元成分W和Pb的变化规律.本研究成果为改进晶体生长条件提供了依据.