工业应用氧化物闪烁晶体的下降法生长(英文)

闪烁晶体广泛应用于高能物理、核医学成像和辐射探测等领域。工业应用通常要求闪烁晶体具有高性能、大尺寸和低成本等。本文报道了中国科学院上海硅酸盐研究所在锗酸铋、钨酸铅和氧化碲等闪烁晶体工业化生长方面的最新研究进展,讨论了坩埚下降法作为工业晶体生长技术的优缺点。

锗酸铋晶体的辐照损伤及热释光研究

对不同厂家生产的大量锗酸铋晶体及若干掺杂样品,采用不同辐照源和剂量进行了实验,记录了它们的光吸收和热释光。辐照损伤来源于色心的形成,光吸收随着辐照剂量而增加,几千拉德的辐照剂量使光吸收达饱和,这可能是因为作为色心起源的缺陷数目达到了饱和。在所有情况下,吸收曲线的形状不变。吸收随时间以及在不同温度下的恢复呈现出两个区:一个快区,一个慢区。热释光曲线通常出现两个峰,第一个峰出现在100℃左右,形状不对称,为一级动力学机制,第二个峰出现在140℃左右,形状对称,它的动力学机制复杂。锗酸铋晶体经辐照后的光吸收与热释光之间有着很好的联系,每一个热释光峰都对应着色心消失的温度阈值。掺杂样品的研究表明,杂质,特别是铁对锗酸铋晶体的辐照损伤起着重要的作用。提出了能解释实验结果的模型,存在一种与铁的离子置换有关的陷阱,以及两种损伤恢复的机制,一个是局域迁移,另一个是通过价带。

微量杂质在 BGO Bridgman 生长和性质上的行为

在 Bridgman 生长的 BGO 闪烁单晶中,含量为 10^(-4)～10^(-6)wt%的 Fe、Pb、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Al 等微量杂质主要来源于原料和工艺过程中的局外污染。铂从坩埚上被侵蚀进入 BGO 熔体,其含量<2×10^(-5)wt%。用 AAS 和 ICP 分析测定了 Bridgman 生长中微量杂质的有效分凝系数。过渡金属杂质,特别是 Fe,使 BGO 染色并引起辐照损伤,形成300～700nm 范围的强吸收谱,致使 BGO 单晶的能量分辨率、相对荧光输出下降约10—20%。在辐照损伤下形成的 Fe、Pb 杂质色心,受热时形成晶体的热发光。

锗酸盐晶体的坩埚下降法生长研究

锗酸盐晶体是一类重要的功能晶体材料。其中,Bi4Ge3O12(BGO)是一种优良的闪烁 晶体,广泛应用于高能物理、地质勘察和医疗成像等领域;Sr3Ga2Ge4O14(SGG)是重要的压电 晶体,作为基片材料可以制作高性能的声表面波(SAW)器件,在移动通讯、高温探测等方面有 良好的应用前景;Pb5Ge3O11(PGO)晶体具有小的介点常数和比较大的热释电系数,被认为是 优秀的热释电探测器材料,而其旋光性则可应用于信息存储和信号处理等过程;Sr3Ga2Ge4O14 (Nd:SGG)晶体是高峰值、短脉冲和高频率固态激光器用潜在的激光晶体材料;Bi12GeO20 (BGO)是一种有前途的多功能晶体材料,在光折变、电光、压电等方面都有着重要的应用; Bi4GexSi1-xO12混晶的生长有望获得成本低、性能好的无机闪烁晶体。作者采用改进型坩埚下 降法生长技术成功生长了闪烁晶体BGO、铁电晶体PGO、压电晶体SGG、光折变晶体BGO、 激光晶体Nd:SGG、闪烁体BGSO混晶等多种锗酸盐功能晶体。

固体可调谐激光晶体

介绍了掺钛宝石、金绿宝石、石榴石、镁橄揽石、YLF和LCAF等几种典型的固体可调谐激光晶体,综合评述了它们的激光性能、生长方法、晶体的缺陷特征及其影响,报道了Bridg-man方法生长LCAF晶体的研究进展。