红外飞秒激光诱导Ce3+掺杂闪烁晶体的上转换发光研究

本文研究了红外飞秒激光照射下Ce3+ 掺杂的YAP和LSO两种闪烁晶体的上转换发光现象.实验发现在飞秒激光泵浦下,这两种晶体的荧光均来自于Ce3+离子的5d-4f跃迁.荧光强度与泵浦光功率之间的依赖关系揭示了Ce3+:YAP和Ce3+:LSO晶体的上转换过程皆由三光子吸收过程所主导.分析表明,Ce3+:YAP和Ce3+:LSO晶体中的三光子吸收是三光子同时吸收.     

国产无机闪烁晶体LaCl_3∶Ce的探测能力和时间响应测量

以国产的掺铈氯化镧(LaCl3:Ce)闪烁晶体与线性电流大于1.5 A的光电倍增管构成闪烁探测器,利用 60Co、137Cs放射性标准源场,实验测量这种探测器对γ辐射的探测能力,并与同情况NaI:Tl闪烁探测器进行比对;利用266 nm单色激光和ns级的γ脉冲辐射分别对这种闪烁体的光致激发、辐射激发的时间响应性能进行测量.测量结果表明:国产新型LaCl3:Ce无机闪烁晶体样品构成的探测器对1.25 MeV 、0.66 MeV γ射线的探测能力平均约为同情况NaI:Tl闪烁探测器的103%,高的已超过了同尺寸NaI:Tl构成的闪烁探测器;266 nm单色激光光致激发时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.05 ns、17.42 ns、54.30 ns和24.61 ns,ns级的γ脉冲辐射激发的时间响应波形前沿、半高宽、后沿和衰减常数分别为1.52 ns、21.99 ns、75.13 ns和34.19 ns.     

国产YAP:Ce闪烁晶体的相对探测能力测量

为适应在n、γ混合脉冲辐射场中对低强度快脉冲γ辐射测量的需要,近年国内新研制出实用型YAlO3:Ce(YAP:Ce)快响应无机闪烁晶体.我们使用脉冲线性电流大于1.5 A的光电倍增管,分别配置这种晶体以及CeF3、NaI等晶体构成闪烁探测器,在放射性标准源场中,对晶体的相对探测能力进行测量.测量结果表明:国产新型YAP:Ce无机晶体对这1.25 MeV 射线的探测能力比同体积的CeF3平均高一个量级,是同体积NaI的40;左右;当晶体厚度小于2 mm时,YAP:Ce与CeF3、NaI的输出比值分别大于16和44;,说明厚度越薄晶体的相对探测能力越强.     

YAP∶Ce晶体伽玛能响及抗中子能力研究

YAlO3∶Ce(YAP∶ Ce)是近年国内新研制出的实用型快响应无机闪烁晶体.本工作针对YAP∶ Ce晶体与光电倍增管组合构成闪烁探测器,根据闪烁体沉积能量与质能吸收系数等相关参数的核物理理论关系,通过解析方法计算了多种γ能量对应的灵敏度,同时应用Monte Carlo方法模拟,获得了YAP∶ Ce晶体对γ射线的能量响应理论趋势;并通过实验测量了该探测器对γ和中子多种能量点的灵敏度,以检验理论和模拟计算的可靠性.理论和实验结果表明:YAP∶ Ce闪烁探测器0.3 MeV～ 1.25 MeV能区γ灵敏度随能量的增加而平缓地增加;其中1.25 MeV能量的灵敏度比0.37 MeV能量的灵敏度高约70;;同时具有较强的抗中子干扰能力:1.25 MeV的γ灵敏度与DT(14.1 MeV)中子灵敏度相当,比DD(2.54 MeV)中子灵敏度高5倍多;并且实验结果与理论计算、M.C模拟结果差异在5;范围内.     

Yb:YAP晶体的光谱性能研究

应用中频感应加热提拉法生长出掺杂浓度为10;原子分数的Yb:YAP晶体,研究了室温下Yb:YAP晶体的吸收和发射光谱特性以及荧光寿命.Yb:YAP晶体在959nm处有最强吸收,吸收截面约为1.51 × 10-20 cm2,在1040nm处的发射截面为0.6 ×10-cm2,激光上能级荧光寿命为1.2 ms,此处自吸收较小,是实现激光输出的候选波长.研究了氧气退火对Yb:YAP晶体的光谱性能的影响.Yb:YAP晶体轴向效应明显,b轴将是作为激光输出的首选方向.比较了Yb:YAP晶体和Yb:YAG晶体的光谱性能参数.     

高温闪烁晶体Ce：YAP的生长研究

Ce:YAP晶体具有优良的闪烁性能，其主要特点是光产额大，衰减时间短，发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配，在γ射线探测，核医学等方面有着广阔的应用前景。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce:YAP晶体，成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题，并对晶体生长过程中的爬料，纯YAP晶体着色等现象作了讨论。X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm，吸收测试则显示晶体在254nm,366nm处在两个吸收峰。     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

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.     

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.     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

Study on the Sensitization of Ce3+ to Nd3+ in YAIO3

This paper presents the absorption spectra, excited spectra and fluorescence spectra of Nd: YAP, Ce: YAP and Nd, Ce: YAP. It is believed that there is an energy transfer from Ce³⁺ to Nd³⁺ and it is possible to improve the laser efficiency of Nd: YAP sensitized by Ce³⁺.     

The temperature gradient technique (TGT) growth and optical properties of Yb-doped YAlO3 single crystal

The dark-brown colored 5 at% Yb-doped YAlO₃ (Yb:YAP) single crystal was grown successfully by temperature gradient technique (TGT) for the first time. The TGT-grown Yb:YAP crystal with the perovskite structure and excellent crystallization perfection were confirmed by the X-ray diffractions techniques. The dark-brown color of TGT-Yb:YAP crystal turned into the colorless after annealing in the air at 1200 °C for 10 h. The absorption spectra, LD-excited infrared emission and X-ray excited luminescence spectra of the air-annealed Yb:YAP single crystal were investigated at the room temperature. The results indicate that the TGT-Yb:YAP single crystals can be used for the laser and scintillation applications.     

退火温度对Ce:YAlO3单晶体的影响研究

将生长完成的Ce:YAlO2单晶体在1680℃的高温氢气气氛下退火,晶体颜色、吸收光谱和荧光光谱相对于未退火的样品均发生了变化.本文对此现象进行了分析.研究结果表明,1680℃高温氢气退火后,Ce:YAP晶体中同时包含YAP相和YAG相.     

焦硅酸镥(Lu2Si2O7:Ce)闪烁晶体的生长与发光性能研究

铈掺杂的焦硅酸镥晶体(简写为LPS:Ce)是新近发现的一种具有潜在应用价值的无机闪烁晶体.本文用提拉法成功地生长出尺寸为φ15mm×40mm的LPS:Ce晶体.XRD结构测试表明,该晶体属于单斜晶系,C2/m空间群,晶体中分布有少量的LPS和石英颗粒包裹体.对从毛坯中切割出的无色透明晶体样品在室温下分别进行了透射光谱、紫外激发、X射线激发发射光谱和衰减时间测试.结果表明,铈(Ce3+)离子掺杂使LPS晶体的紫外吸收边从175nm红移到350nm,紫外和X射线激发的荧光光谱中都可以分解出384nm和412nm两个发射峰,它们分别对应于电子从铈(Ce3+)离子的5d轨道向4f轨道的两个能级(2F5/2和2F7/2)的辐射跃迁,从衰减曲线中可以拟合出一个38.75ns的时间常数.这些发光特征与该晶体独特的晶体结构密切相关.     

Eu3+:LaF3纳米晶体-液体悬浮系统中荧光弛豫的局域场效应

为研究Eu3+:LaF3纳米晶体-液体悬浮系统中局域场效应对荧光辐射寿命的影响,首先用水热法成功制得了粒径均匀、分散性良好的Eu3+:LaF3纳米晶体,通过将其悬浮在各种液体介质中测出了532 nm脉冲激光激发下Eu3+的5D0能级的荧光寿命,该能级的荧光衰减曲线呈明显的二阶指数衰减特征,对荧光寿命的分析表明其中快速荧光衰减部分源于纳米晶体表面附近的稀土离子.荧光衰减的长寿命部分与各种局域场效应理论模型中的最小二乘法拟合结果表明,忽略表面效应并考虑实际的量子效率时,实腔模型是解释本文的研究系统中荧光弛豫的局域场效应的最佳理论模型.     

Bridgman growth and site occupation in LuAG:Ce scintillator crystals

LuAG:Ce single crystals with various activator concentrations were grown by the vertical Bridgman technique. Characterization of crystals was done in terms of actual doping level, macroscopic defects and degree of non-equivalent substitutions by Lu for Al in octahedral lattice sites. Scintillation measurements were performed using 2×2×8 mm³ shaped samples with Ce concentration in the range 0.05–0.55 at%. Essential improvement of performance was demonstrated in samples containing ≥0.2 at% of Ce; the light yield measured in LuAG:Ce (0.55 at%) was about 26000 ph/MeV, or close to that of LSO.     

Growth of large-sized Ce:Y3Al5O12 (Ce:YAG) scintillation crystal by the temperature gradient technique (TGT)

In this work, Ce:YAG crystal with the size of ?4 in was successfully grown by the TGT method. The optical and scintillation properties of as-grown Ce:YAG crystals were investigated. Three obvious absorption bands at 223, 340 and 460 nm and two weak color-center absorption bands at 296 and 370 nm are observed in as-grown Ce:YAG crystal. Fluorescence with an emission peak at 398 nm is observed due to the color centers, and absorption bands of the color centers can be eliminated by annealing in O₂ or H₂ atmosphere at 1673 K for 24 h. Yellow-green fluorescence centered at 530 nm is found when the crystal was excited at 460 nm and the 530 nm excitation spectrum shows two peaks at 340 and 460 nm. X-ray fluorescence spectrum of as-grown crystal shows three emission peaks at 300, 360 and 530 nm. An average light output of 1360 phe/MeV and a single exponential decay with the decay time constant of 62.97 ns are found in as-grown Ce:YAG crystal.     

掺铈钒酸钇晶体的生长及光学性质的研究

报导了采用提拉法生长的高质量的掺铈钒酸钇(Ce:YVO4)晶体,其中Ce3 离子的掺杂浓度为1.0%原子分数。对加工好的掺铈钒酸钇晶片进行了吸收光谱和荧光光谱的测量。三个吸收峰的中心波长分别在473nm、557nm和584nm。400~600nm的发射带包含两个发射峰,其中心波长分别在424nm和469nm处。文章从能级结构上对Ce:YVO4晶体光谱的产生机制进行了讨论。