Ca^2＋离子对Y^3＋：PbWO4晶体辐照硬度的影响

与其它三价稀土离子（La^2 ,Lu^3 等）掺杂相比较，Y^3 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380－nm-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Si^4 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Ca^2 离子含量较高而引起Y^3 离子电荷补偿方式的改变。     

高光产额钨酸铅(PbWO4)晶体的研究进展

钨酸铅(PbWO4)晶体由于具有高密度、短辐照长度、高的辐照硬度和快发光等特点而成为目前最具发展潜力的闪烁晶体之一,但其光产额低的缺点限制了它在高能领域以外的应用.因此,提高钨酸铅晶体的光产额以使其在PET装置等低能领域获得应用已成为近年来钨酸铅晶体的研究热点.本文综述了高光产额钨酸铅晶体的研究现状,指出了目前存在的问题.结合理论分析,提出采用坩埚下降法晶体生长技术,离子掺杂和退火等措施是进一步提高钨酸铅晶体光产额的主要途径.     

Bridgman法生长的大尺寸钨酸铅晶体的光学和闪烁性能

本文报道了我们采用改进的Bridgman法为欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)上的紧凑型μ子螺线管(CMS)实验生长的大尺寸掺Y3+钨酸铅闪烁晶体,给出了晶体的光学和闪烁性能,如光致发光谱、X射线致发光光谱、纵/横向的透射光谱、光产额以及辐照硬度.测试结果表明,掺Y2O3的钨酸铅晶体光产额很高(>13pe/MeV),且全为100ns以内的快发光,其辐照硬度已接近CMS电磁量能器(ECAL)端帽晶体的要求,同一批晶体彼此间的性能一致性好.     

Eu3+扩散钨酸铅晶体(PbWO4)光学性能研究

利用离子扩散法对下降法生长PbWO4晶体进行Eu3+扩散,通过透射光谱、荧光光谱、光产额和衰减时间的测试,研究了Eu3+扩散对PbWO4晶体的光学性能的影响.结果表明:Eu3+扩散PbWO4晶体可明显改善在350 nm波段的透过率,荧光光谱主峰为430 nm,且发光强度得到增强,在1000 ns的积分时间门宽内光产额为46 pe/MeV,衰减时间为6.5 ns.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体，并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后，样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体，经过累积剂量辐照后，BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

硅酸钇晶体的生长、腐蚀形貌和光谱性能研究

本文采用中频感应提拉法成功生长了未掺杂的Y2SiO5(YSO)晶体,经过定向、切割、抛光后得到样品.经过腐蚀后,利用大视场显微镜和扫描电镜在样品表面上观察到了菱形和四边形的位错蚀坑、小角晶界和包裹物等缺陷;测试了经过氢气、空气退火前后,辐照前后YSO晶体的透过谱,结果表明:YSO晶体的吸收边大约在202nm,氢气退火后在200～300nm波段透过率增加,空气退火后透过率显著降低;辐照后,氢气退火的样品在200～500nm波段透过率显著降低.     

退火温度对纳米晶ZrO2发光和ZrO2:Pr3+能量传递的影响

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2和ZrO2:Pr3+,通过XRD对材料的晶体结构、颗粒尺寸进行了表征,研究了退火温度对纳米晶ZrO2发光性质的影响,探讨了ZrO2的发光机制,研究了退火温度对ZrO2∶ Pr3+能量传递的影响,给出了基质ZrO2与Pr3+离子间的能量传递模型.结果表明:随着退火温度的提高,纳米晶ZrO2由四方相转变为单斜相,颗粒尺寸增大;ZrO2的发射谱是一个中心位于470 nm的宽带,发光强度随退火温度升高而增强;基质ZrO2向激活离子Pr3+的能量传递方式为无辐射过程,高温退火有利于基质向Pr3+离子的能量传递,这种现象与退火温度对纳米晶ZrO2发光性质的影响有关.     

新型Q开关晶体Cr4+∶YAG的生长和退火研究

采用二价Ca离子作为电荷补偿离子由提拉法生长出了具有高光学质量的调Q开关晶体Cr4+∶YAG并对该晶体进行了退火研究.吸收光谱测量表明原生态晶体中已有少量Cr4+离子存在.晶体经空气中退火后Cr4+离子浓度和1.06μm处的吸收系数均显著提高.晶体生长和退火实验显示出晶体中Cr4+离子的浓度不仅取决于掺杂的Cr3+离子的浓度,而且同晶体中的Ca/Cr浓度比密切相关.     

坩埚下降法生长钨酸镉晶体的闪烁性能

以高温固相反应合成CdWO4多晶为原料,采用垂直坩埚下降法生长出大尺寸完整CdWO4晶体,就所生长CdWO4晶体进行了闪烁发光性能的测试表征,包括紫外可见透射光谱、光致发光光谱、光致发射衰减时间、X射线激发发射光谱、相对光产额以及γ射线辐照硬度.结果表明,该单晶在可见光区具有良好的光学透过性,其光致发光与X射线激发发射光的峰值波长位于475 nm左右,其光致发射衰减时间为842 ns;以CsI∶Tl晶体为基准样品,测得γ射线激发发光的光产额相当于基准样品的51.5％～57.4％,在γ射线辐照条件下其辐照硬度达107 rad.     

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.     

退火温度对纳米晶ZrO_2发光和ZrO_2∶Pr~(3+)能量传递的影响

利用共沉淀法制备了纳米晶ZrO2和ZrO2∶Pr3+,通过XRD对材料的晶体结构、颗粒尺寸进行了表征,研究了退火温度对纳米晶ZrO2发光性质的影响,探讨了ZrO2的发光机制,研究了退火温度对ZrO2∶Pr3+能量传递的影响,给出了基质ZrO2与Pr3+离子间的能量传递模型。结果表明:随着退火温度的提高,纳米晶ZrO2由四方相转变为单斜相,颗粒尺寸增大;ZrO2的发射谱是一个中心位于470 nm的宽带,发光强度随退火温度升高而增强;基质ZrO2向激活离子Pr3+的能量传递方式为无辐射过程,高温退火有利于基质向Pr3+离子的能量传递,这种现象与退火温度对纳米晶ZrO2发光性质的影响有关。     

Tb3+掺杂BaO-3SiO2发光材料的制备与发光性质

采用溶胶-凝胶法在室温下制备了稀土Tb3+掺杂的以BaO-3SiO2为基质的发光材料,通过DTA-TG、IR、XRD、SEM、激发和发射光谱图对材料的结构和发光性能进行了研究.DTA-TG测试表明,615℃时材料发生晶型转变;IR光谱显示,材料除形成Si-O-Si键外,主要形成Ba-O-Si和Ba-O键;XRD进一步测试证明,主要形成BaSiO3晶体结构.SEM显示,晶体呈四面体和多面体颗粒结构.激发和发射光谱图显示,Tb3+在BaO-3SiO2基质中的掺杂量为2.50mol;,退火温度为800℃,即材料主要以BaSiO3晶体存在时发光最好.即在544nm监测波长下,测得的最佳激发波长为紫外光248 nm,即在248 nm光激发下,材料发射强度高、单色性好的绿光.     

PbWO4:(Sb,Y)晶体的发光和闪烁性能研究

本文报道了用多坩埚下降法生长的大尺寸PbWO4:(Sb,Y)晶体的光谱和闪烁性能.基于透射光谱、X射线激发的发射谱、紫外激发及其发射谱、光产额和超短脉冲X射线激发荧光寿命等方面的测试,讨论了Sb,Y双掺杂对PbWO4晶体的光谱和闪烁性能的作用.结果表明:Sb,Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的光谱性能和闪烁性能,使PbWO4晶体在短波方向的透过率明显提高;对于尺寸为23×23×20mm3的掺杂晶体样品,光产额最大值大约为50 p.e./MeV,约为BGO光产额的6.0;;发光成份中有1.9ns和15.8ns两个衰减时间常数的快成份.     

Cr4+,Yb3+:YAG晶体的生长及其吸收特性

用提拉法生长了Cr,Yb:YAG晶体,研究了在室温的吸收光谱特性以及氧化性气氛退火对其吸收特性的影响.在室温吸收光谱中存在着五大吸收带:在440nm和605nm存在着Cr3+离子的两个吸收带,而且退火使其发生了明显的"红移";在937nm和968nm处存在Yb3+离子的两个吸收带,能与InGaAs激光二极管(LD)有效耦合,适合激光二极管泵浦;而且在1.03μm处有一Cr4+离子的吸收峰,可用作可饱和吸收体,从而可以实现对Yb3+的自调Q激光输出.在氧化性气氛下退火对晶体吸收特性及缺陷的影响是:退火使晶体的缺陷明显减少而且使Cr4+浓度得到进一步的增加;Cr4+离子浓度的增加主要是由于二价阳离子Ca2+进入相应的Y3+晶格所造成.并且从晶格场的角度讨论了退火使Cr3+离子的吸收带发生"红移"的原因.     

YAP晶体变色现象的研究

YAlO3(YAP)晶体具有优良的物理和化学性能,在许多方面都有广泛的应用前景.我们在对闪烁晶体Ce∶YAP的研究过程中,发现了YAP晶体的变色现象.本文利用晶体透过谱对其颜色的变化进行了研究.不同的退火气氛及不同的掺杂成份对晶体颜色有较大影响,H2气氛退火或掺杂Ce元素使晶体颜色变浅,而在空气中退火或掺杂Yb元素则使晶体颜色加深.针对这一变色现象,我们认为是在晶体生长过程由于电荷补偿的需要而产生的O-心的吸收作用导致的.不同的O-心浓度其吸收作用不同,从而使晶体在400nm附近的透过率发生变化.采用这一模型可以对晶体颜色的变化及不同退火条件和掺杂元素的影响作出合理的解释.     

大尺寸PWO:(Mo,Y)晶体发光均匀性的研究

报道了用改进的Bridgman法生长的大尺寸PbWO4:(Mo,Y)晶体发光均匀性的表征研究.通过对大尺寸的PbWO4:(Mo,Y)晶体不同部位的透射光谱、X射线激发发射光谱、光产额和抗辐照损伤能力等光学和闪烁性能的测试,结果表明在实验所涉及的掺杂浓度范围,Mo、Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的发光均匀性,增强其抗辐照损伤能力.     

纯LaAlO3和Ce3+:LaAlO3单晶的吸收谱和透过谱研究

本文采用中频感应提拉法成功生长了LaAlO3和Ce3+:LaAlO3晶体.沿生长方向即α轴方向切割、抛光后得到实验样品.测试了氢气退火前后纯LaAlO3和Ce3+:LaAlO3从190nm到2500nm的吸收谱和透过谱.测试结果表明:纯LaAlO3晶体在196～220nm处出现宽带吸收,氢气退火后此一波段的吸收系数明显降低;未退火的Ce:LaAlO3晶体在196～209nm,246nm,314nm出现明显的吸收波段,氢气退火后其吸收谱发生显著变化,在198,206,214,246和314nm处出现对应于Ce3+的4f-5d的跃迁吸收;Ce:LaAlO3晶体较之纯LaAlO3晶体在红外区的透过率要高;氢气退火后,Ce:LaAlO3晶体和纯LaAlO3晶体在红外区的透过率下降.     

La:PbWO4晶体中La3+离子的分布及其对晶体辐照硬度的影响

对Ｌａ掺杂钨酸铅晶体从其头部到尾部逐点测量了透射谱及辐照诱导色心吸收谱,实验结果清楚地证实了Ｌａ掺杂改善ＰｂＷＯ４晶体辐照硬度的作用。根据晶体生长的分凝理论对晶体中Ｌａ的分布浓度进行了计算,得到了晶体３５０ｎｍ处光透过率与Ｌａ分布浓度的关系曲线,它可以作为选择最佳掺Ｌａ浓度的依据。     

柠檬酸凝胶燃烧法合成YAG∶Ce,RE荧光粉及其光谱性能研究

以柠檬酸为螯合剂和燃料,采用溶胶凝胶燃烧合成法制备了一系列组成的YAG∶Ce,RE(RE=Lu,Gd,La)荧光粉。通过XRD、FTIR、SEM、荧光光谱研究了不同煅烧温度、不同共掺杂元素和浓度对荧光粉晶体结构、颗粒形貌及发光性能的影响。结果表明:在煅烧温度900℃时即可制得结晶较好的荧光粉,随煅烧温度的升高,样品的平均颗粒尺寸由50 nm左右逐渐增大到200 nm,发光强度逐渐增强。随离子的半径从La3+到Gd3+再到Lu3+逐渐减小,引起基质相变的取代上限逐渐增大,在仅有50 mol%的La3+掺杂下,样品的主晶相已经变成LaAlO3;Gd3+掺量达到90 mol%~99 mol%时,样品主晶相仍为立方的YAG相;而Lu3+可以完全取代Y3+而仍然保持立方YAG的石榴石结构不变。当Gd3+取代Y3+时,YAG∶Ce3+的发射光谱红移,未出现GdAlO3前最大红移为21 nm,完全取代后最大红移达33 nm,而Lu3+全部取代Y3+时发生24 nm的蓝移。运用晶体场理论和位形坐标模型对此进行了解释。     

稀土离子掺杂钨酸铅晶体中的间隙氧

本实验使用激光选择激发和发射技术,对Eu3+掺杂(0.01;原子分数)的钨酸铅晶体进行了发光表征和研究,对原生态的PbWO4:Eu3+0.01;原子分数晶体,在空气气氛中分别进行了不同温度下的退火处理.在不同退火的样品中,Eu3+离子的5Do→7Fo激发光谱、5Do→FJ(J=1,2,3,4)发射光谱、发光衰减及其荧光寿命具有不同的特征.Eu3+离子的7Fo和5Do态都是单态,不会发生分裂,对应于7Fo→5Do激发跃迁的数目,就是Eu3+离子在晶格中的晶体学位置.实验证实了在Eu3+掺杂钨酸铅晶体之中,主要的电荷补偿机制是来自[(Eupb3+).-V"Pb-(Eupb3+).],在低温空气条件下退火产生间隙氧,产生新的电荷补偿[(Eupb3+).-O"i-(Eupb3+).].