激光／磁光复合功能晶体－Nd：Bi_4Ge_3O_（12）

随着半导体二极管激光泵浦技术的发展，掺钕锗酸铋（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ（１２））晶体重新成为一种引人注目的激光材料．本文给出Ｎｄ：ＢＧＱ在８００ｎｍ附近的光吸收和激发谱，以及１０６μｍ波段的受激发射性能．并首次测得它在１．０６μｍ处室温Ｖｅｒｄｅｔ常数为０．０３３’／ｃｍ·Ｇｓ．比ＦＲ－４磁光玻璃高２７％，这意味着，Ｎｄ：ＢＧＯ已成为目前唯一的激光／磁光复合功能材料．本文讨论了Ｎｄ：ＢＧＯ中各类缺陷的形成机制及消除办法，通过改进工艺参数，生长出光学性质优良、Ｎｄ２Ｏ３掺入量达到１．５Ｗｔ％的晶体．利用其自身的磁光效应，研制成二极管激光泵浦、自调ＱＮｄ：ＢＧＯ激光器，获得１００ｎｓ的稳定脉冲输出．

氟化铈晶体抗辐照机理的探讨

比较研究了氟化铈晶体、ＣｅＯ２、草酸铈ＣｅＡｃ３粉末中Ｃｅ离子外层３ｄ电子的Ｘ射线光电子能谱，给出了三种样品的Ｘ射线光电子光谱参数．ＣｅＦ３中的Ｃｅ离子可能是混合价态，用电荷自补偿观点解释ＣｅＦ３晶体抗辐照机理．

Bridgman法生长的PbWO_4晶体开裂的探讨

ＰｂＷＯ４闪烁晶体由于兼具成本低廉和性能优良的特点，已被确定为建造西欧大型强子对撞机的首选晶体，９５年至９８年为其Ｒ＆Ｄ阶段。根据有关的设计要求，ＰｂＷＯ４晶体冷加工后的尺寸应为２０．５×２０．５×２３０×２３．８×２３．８ｍｍ３。为此，生长的晶体毛坯尺寸应不小于３５×２５０ｍｍ３。生长如此大尺寸的ＰｂＷＯ４晶体，首先遇到的问题便是大尺寸晶体的开裂问题。ＰｂＷＯ４晶体较其它晶体（如Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）容易开裂，有的被溅上少许冷水时便会开裂，甚至有的放于室内也会自然开裂。ＰｂＷＯ４晶体的开裂，主要发生在下降和冷却过程中，此外，冷加工（尤其是切割）过程中也常发生开裂现象。ＰｂＷＯ４晶体开裂的表现有４种：（１）横向层状似的断裂；（２）纵向长裂纹；（３）沿解理面［（１０１）和或（０１１）面］的开裂；（４）无规则的碎裂。ＰｂＷＯ４是ＰｂＯ和ＷＯ３摩尔比为１∶１的反应产物。ＰｂＷＯ４是固液同成分化合物，容许的组分偏离量很小，约±０．００５，若原料配比或熔体局部偏离化学计量比时，晶体易包容另相物———Ｐｂ２ＷＯ５或ＷＯ３。冷却过程中另相物发生多次相变（Ｐｂ２ＷＯ５：β→α；ＷＯ３：δ→γ→β→α），使晶体中出现微裂纹，?

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。

BGO 大单晶宏观缺陷的研究

应用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X 光衍射分析、原子吸收分光光度计等,对 BGO 大单晶生长中最常出现并严重影响晶体光学质量的宏观缺陷进行了研究。观察表明,晶体生长过程中,随生长条件的变化,这些宏观缺陷的形貌特征是不同的。本文对这些宏观缺陷的形成机理和克服方法进行了探讨,并在实践中得到良好效果。

Bridgman法生长的PWO晶体的发光特性和透光特性

本文采用改进的Bridgman法，以纯度不低于99．99％的PbO和WO3为原料，生长出无色透明的、大尺寸的PbWO4（PWO）晶体，研究了晶体沿生长方向不同部位的透射光谱及X射线激发的发射光谱特性．发现改进的Bridgman法生长的PWO晶体具有较好的发光均匀性和透光均匀性，其原因主要是改进的Bridgman法采用密封的坩埚，有效地抑制了组份（PbO和WO3）的挥发.

Bi_4Si_3O_(12)基玻璃陶瓷的制备及热处理对其光学性能的影响

采用阶梯热处理的方式对Bi2O3-SiO2基玻璃进行析晶处理，得到了具有不同结晶率和透明度的Bi4Si3O12（BSO）基玻璃陶瓷。实验表明，分段热处理有利于控制BSO基玻璃陶瓷中晶粒的数量和尺寸，从而影响玻璃陶瓷的透明度和发光性质。分段热处理后样品的透射谱显示，BSO基玻璃陶瓷（在600℃保温1h，然后升温至8000C保温1h）的透过率可达73．1％（λ〉500nm）。制备出的BSO基玻璃陶瓷具有和BSO单晶相似的发光性质，在可见光波段（380-680nm）有发光，且发光强度与结晶率成正比。低温（14K）下，该BSO基玻璃陶瓷的发光强度较室温下提高了约12倍。

下降法生长的PbWO_4晶体中黄色芯的形成及消除

本文报道了以ＷＯ３和ＰｂＯ粉末为原料采用改进的Ｂｒｉｄｇｍａｎ法长的ＰｂＷＯ４晶体中的黄色芯。借助于电子探针和Ｘ射线粉末衍射仪对黄色芯进行了研究，发现黄色芯主要为Ｐｂ２ＯＷ５和ＷＯ３颗粒。分析了产生黄色芯的原因，提出了消除此种宏观缺陷的一些措施。

La在La:PWO闪烁晶体中的作用机制探讨

根据掺Ｌａ的ＰＷＯ晶体（ＬａＰＷＯ晶体）的透射光谱和发射光谱随Ｌａ浓度的变化特性及其电子顺磁共振（ＥＰＲ）谱，作者认为，掺Ｌａ使晶体产生了新的以（ＬａＰｂ）２／３（ＶＰｂ）１／３ＷＯ４为主的缺陷，ＬａＰＷＯ晶体的透光性能的改善主要是由于Ｐｂ空位（ＶＰｂ）″的增加．而发光性能的降低则主要是（ＬａＰｂ）和（ＶＰｂ）″的共同作用．

BGO∶TR(TR=Nd,Er),Cr,Fe晶体的吸收光谱和发光光谱

在化学计量的Bi_2O_3(5N)和 GeO_2(6N)的配料里,加入0.01wt%Nd_2O_3,0.01wt%Er_2O_3,0.02wt%Cr_2O_3或0.02wt%Fe_2O_3,用 Bridgman 方法生长 Bi_4Ge_3O_(12)掺杂晶体。给出 eulytite 的结构投影和 BGO 晶体的点阵常数。掺杂稀土 BGO 晶体的室温吸收光谱由稀土离子所特有的几个吸收带所组成。采用3d^3电子的能量久期方程计算 O_h 场下掺 Cr^(3+)BGO 的库仑相互作用参数和内晶体场参数,其吸收光谱是由基态~4A_2到~2E,~4T_2和~4T_1跃迁的三个带组成。以300nm 激发观察到纯锗酸铋强的宽带发光,其峰值位置在498和550nm。这种发射被认为是 Bi^(3+)的~3P_1→~1S_0跃迁。由于存在大的 Stokes 迁移,Bi^(3+)系统猝灭心受到阻止。另外,由于~3P-~1S 能级差别大,使多声子过程中的非辐射衰减亦受到限制。通过接收498nm 发射波长,测量纯 BGO 室温激发光谱,其峰值位置在250、272和285nm,这和 M.J.Weber 测定的吸收收和反射光谱的结果基本一致。按不同波长范围分别采用光电倍增管和 PbS 接收,测量了 BGO 掺 Nd^(3+)的~4F_(3/2)→~4I_(11/2),~4I_(13/2)跃迁;掺 Er^(3+)的~4I_(13/2)→~4I_(15/2)跃迁的荧光光谱。强的荧光发射以及发射带宽界于 YAG和玻璃之间,表明掺杂稀土的 BGO 晶体是一类有希望的激光材料。

掺Sb对PbWO_4晶体发光性能的改善

首次报道了ＰｂＷＯ４：Ｓｂ的光谱特性，包括透射谱和Ｘｅ灯光源激发的发射谱与激发谱．掺Ｓｂ具有增强绿光带、抑制红光带并大幅度提高光产额的效果．通过与空气退火ＰＷＯ发光的比较，对绿光带的起因、Ｓｂ掺杂的作用也进行了简要的讨论．

Sb掺杂钨酸铅晶体中Sb的分布与闪烁特性研究

研究了 Ｂｒｉｄｇｍａｎ 法生长的 Ｓｂ 掺杂钨酸铅（ Ｐ Ｗ Ｏ） 晶体中 Ｓｂ 的分布和闪烁特性。晶体中 Ｓｂ 含量的测定表明， Ｓｂ 在 Ｐ Ｗ Ｏ 晶体中的分凝系数约为０ ．６３ 。由于 Ｓｂ 掺杂可以补偿 Ｐ Ｗ Ｏ 晶体的组分缺失而降低其中空位和一些色心的浓度，与未掺杂晶体相比较， Ｓｂ 掺杂晶体具有更好的光学透过率和更高的发光强度。而且，在富氧气氛下退火后， Ｓｂ 掺杂晶体的发光谱特征变化较小，仍能保持较高的快慢分量比。

La∶PbWO_4晶体中La^(3+)离子的分布及其对晶体辐照硬度的影响

对Ｌａ掺杂钨酸铅（ＰｂＷＯ４）晶体从其头部（靠近晶种）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。此外，对实验数据的进一步分析揭示了晶体固有色心吸收带与辐照诱导色心吸收带之间的对应关系，为深入探讨ＰｂＷＯ４晶体的辐照损伤机制提供了实验依据。

掺杂 Bi_4Ge_3O_(12)晶体的生长和磁光性质

大的法拉第旋转和波长范围很宽的高透过率表明 Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)晶体在磁光应用方面很有价值。我们已用坩埚下降法生长了纯的和掺杂 BGO∶M(M=Fe,Cr,Ni,W,Mn,Ce,Gd,Er 和 Nd)晶体,并测量了它们的 Verdet 常数和光吸收谱,给出了 BGO 磁光器件原型的初步实验结果。此外,简略地讨论了BGO 的光损伤问题。

锗酸铋晶体光电导性质的研究

生长了六种掺杂锗酸铋(简称 BGO)晶体(分别掺 Fe、Cr、Mn、W、Pb 和 Ce)。在合适的测试条件下,测量了它们的光吸收系数、光电导参数和暗电导率,并与未掺杂样品进行了比较。计算出了样品的特征参量μφτ,为上述材料光折变性质的研究提供了必不可少的数据。在此基础上,对 BG0∶Cr、BGO∶Fe 和BGO∶Mn 晶体的光折变机制进行了简略的讨论,认为 BGO∶Cr 中的光折变中心可能是:Cr^(3+)作为施主,Cr^(4+)作为电子陷阱;或 Cr^(4+)作为受主,Cr^(3+)为空穴陷阱。

钨酸铅晶体在真空退火时的组分挥发

本文分别采用电子探针 (EP)微分析技术和精密X射线粉末衍射 (XRD)技术对钨酸铅真空退火时的挥发沉积物的成分以及晶体在真空和氧气流中退火前后的微结构变化进行分析 ,结果表明PWO晶体的Pb组分比W组分更易挥发。用于EP分析的真空退火挥发物取自圆柱形炉膛的刚玉盖板底部 ,是大量PWO晶体多次退火 ( 85 0～ 870℃ ,2 4～ 48h)淀积的结果。用于精密X射线粉末衍射的 2块试样取自同 1块无色的提拉生长晶体 ,彼此相邻 ,大小约为 2 .5mm× 2 .5mm× 4mm ,分别未经退火和动态真空( 5× 1 0 -3 Pa)退火 ( 86 0～ 880℃ ,78h)。挥发物沉积在刚玉盖板上形成一组同心圆环。采用日本产的EMPA 870 5型电子探针微分析仪对各微区成分进行面扫描作定量分析 ,没有探测到富W区域 ,但却有富Pb的区域 ,有的区域甚至只含Pb不含W。另外 ,盖板底部上沉积的挥发物有一个特点 ,即从中心到边缘W含量逐渐减少而Pb含量逐渐增多 ,而且只含Pb不含W的区域位于盖板边缘。电子探针分析的结果表明 ,Pb组分较W更易挥发。另外 ,从Pb(PbO)和W (WO3 )凝固温度的差异 ,解释了挥发物中Pb(PbO)、W(WO3 )在盖板上的分布特点。对XRD试样加上内标Si粉后 ,采用严格单色化的Cu靶Kα1辐射 ,用XDL 1 0 0 0型Guinier Hagg相机拍摄XRD照片 。

氧退火对PbWO_4闪烁晶体性能的影响

以纯度不低于９９．９９％的ＰｂＯ和ＷＯ３为原料，采用铂坩埚下降法生长ＰｂＷＯ４晶体。生长炉的升温、恒温、降温采用８４－Ｉ程控仪和７０２温度控制器进行监控。对生长出的晶体或经氧退火后的晶体进行切割、研磨、抛光后进行性能测试。透射光谱测定结果表明，ＰｂＷＯ４晶体的吸收边（截止波长）在未退火时约为３２５ｎｍ，在氧退火后稍稍蓝移。４２０ｎｍ附近的透光率在氧退火后降低，严重时呈现一平台。３７０ｎｍ处的透光率在氧退火后增加。晶体在氧退火前为无色透明，富氧退火后略带浅黄色。光致发光光谱测定结果表明，氧退火前，晶体的最强发射峰为４２０ｎｍ（半高宽约为１１０ｎｍ），对应的最有效激发峰为３２０ｎｍ（半高宽至少为１００ｎｍ）；氧退火后，晶体的最强发射峰为４８７ｎｍ（半高宽约为１０５ｎｍ），对应的最有效激发峰为３１０ｎｍ（半高宽约为１９ｎｍ）。无论退火与否，ＰｂＷＯ４晶体都有两个共同的发射峰，即主峰为４０３ｎｍ的蓝光带和主峰为６２５ｎｍ的红光带（极弱），其最有效激发峰分别为４５０ｎｍ和２３７ｎｍ。不过，晶体的６２５ｎｍ发射峰的有效激发峰，除４２５ｎｍ带外，在氧退火后还有稍弱的３９０ｎｍ带以及极弱的３１０ｎｍ带；而在氧退火前这两个激?

Bi_4Ge_3O_(12):TR(TR=Pr,Eu,Ce)晶体的吸收和发光光谱

测量了Bi_4Ge_3O_(12)(BGO):Pr、Eu和Ce的吸收、激发和发光光谱。掺杂BGO吸收和激发带相应于pr^(3+)、Eu^(3+)和Ce^(3+)离子特征跃迁。Xe灯中不同波长激发所得到掺杂BGO的发光光谱可通过Bi^(3+)心和掺杂材料之间能量传输过程加以解释。Bi^(3+)心400—600mm发射强度因受到Ce杂质影响变弱,这现象在高Ce浓度晶体里更为显著。

杂质对锗酸铋晶体光学质量的影响

杂质引起的各种缺陷,对锗酸铋(Bi_4Ge_3O_(12)简称BGO 晶体的光学质量产生严重影响。本工作利用透过光谱比较、光学显微术、扫描电子显微镜、电子探针分析等手段研究了这些缺陷的形貌和形成机理,也讨论了改善晶体光学质量的方法。

掺杂氟化钡晶体的γ辐照损伤

掺杂离子对氟化钡晶体的辐照损伤的影响为:掺少量 La^(3+)能提高抗光损伤能力;O^(2-)严重加剧光损伤;过渡族、Mg^(2+)、Ca^(2+)、一般稀土离子能加重光损伤,而且与掺杂浓度有关。