硅酸铋(BSO)晶体的空间生长

BSO晶体首次在飞船上进行了空间晶体生长.本文对空间和地面生长的BSO晶体进行了X射线摇摆曲线、位错腐蚀和透过率的测试.实验结果表明:在微重力环境下能明显提高BSO晶体的光学质量.

多功能硅酸铋晶体的生长与掺杂

硅酸铋(Bi_(4)Si_(3)O_(12),BSO)晶体是重要的闪烁材料,具有较快的衰减时间、适中的熔点和密度、原料成本低等优势。掺杂不仅能够提高BSO晶体闪烁性能,还可以使其成为多功能材料,比如荧光晶体、激光晶体。总结了BSO晶体的主要研究进展,采用坩埚下降法成功生长了大尺寸BSO晶体,浓度3%以上的稀土掺杂能有效抑制组分偏析;稀土掺杂BSO晶体是导热性能良好的荧光发光材料,紫外光激发下Dy掺杂BSO晶体发黄光,Dy/Tm共掺BSO晶体可实现白光LED发光;研究了Yb、Er、Ho、Tm等稀土掺杂BSO晶体的光谱特性,在Ho:BSO、Tm:BSO晶体中分别实现了0.73 W、0.65 W的激光输出;纯BSO晶体是以Bi3+为发光中心的闪烁晶体,微量Dy掺杂可使BSO晶体光输出提高50%,1%Ta掺杂也能显著提高光输出;BGSO混晶也具有闪烁、激光等发光性能,通过调节组分可以开发出梯度闪烁晶体,稀土掺杂BGSO还可能成为激光晶体。

Bi_4Si_3O_(12)熔体的析晶行为

范世孙仁英吴金娣费一汀（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２０００５０）ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣｒｙｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｉ４Ｓｉ３Ｏ１２ＭｅｌｔＦａｎＳｈｉｊｉＳｕｎＲｅｎｙｉｎｇＷｕＪｉｎｄｉＦｅｉＹｉｔｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕ...

水热法生长硅酸铋晶体的结晶习性

本文以NaOH溶液作矿化剂,采用水热法生长出硅酸铋(Bi12SiO20,简称BSO)单晶,研究了SiO2含量对BSO结晶性能和形貌的影响。结果表明:当在矿化剂溶液中外加的SiO2量增加时,晶体的形貌发生了较大变化。通过对生长的晶体进行物相和化学成分分析,发现生长的晶体均为同一物相,外加SiO2对BSO晶体的化学成分含量几乎无影响。采用负离子配位多面体的观点,提出晶体的生长基元为[Bi12SiO44]n,并研究了不同生长条件下晶体中各族晶面显露的规律。

利用单块硅酸铋晶体同时测量交流电压和电流

设计并实验实现了利用单块硅酸铋(Bi12SiO20,BSO)晶体同时测量交流电压和电流的传感方案,其光学传感单元仅由起偏器、BSO晶体和检偏器组成。BSO晶体兼有Pockels电光效应和Faraday磁光效应,在起偏器和检偏器的主透光方向互相平行或互相垂直的情况下,输出光信号中同时包含被测电压和电流传感信号,其中电压传感信号为被测电压的倍频信号,而电流传感信号则与被测电流同频率,因而可以利用电子滤波器从光电检测信号中分离出电压与电流传感信号,从而实现电压和电流的同时测量。利用一块尺寸为6.0×4.0×2.9mm3的BSO晶体,实验实现了6A、200V范围内工频电流与电压的同时测量。

硅酸铋——一种快计时重闪烁新型多功能晶体材料

硅酸铋(Bi 4Si 3O 12,BSO)晶体是一种新型的闪烁晶体,具有高辐射硬度、短衰减时间、低成本等优点,作为闪烁材料近年来引起了人们的极大关注。BSO晶体短的紫外吸收边能更好地分离Cherenkov光和闪烁光,并有效收集Cherenkov光信号,使其成为未来双读出量能器和均匀强子量能器的最佳候选材料。稀土离子掺杂BSO晶体在LED和激光等方面表现出优良的性能,被认为是一种不错的发光二极管和激光晶体材料。尽管BSO晶体是一种综合性能指标非常优异的多功能晶体,但该晶体迄今为止还没有被真正应用于实际生产中。随着大尺寸BSO晶体生长技术的突破以及稀土离子掺杂BSO晶体闪烁性能的提升,该晶体独特的双读出性能和极具优势的价格使其在高能物理、核医学成像等粒子探测和LED、激光等方面展现出巨大的应用潜力。

硅酸铋晶体的结晶习性

本文详细介绍了提拉生长的硅酸铋晶体(BSO)在不同生长条件下的结晶形貌。根据各晶面的形态重要性(MI值)和显露面的比表面能随温度的变化,用推广了的最小表面能原理,系统地分析了各族晶面的发育显露,以及籽晶取向、温场、转速等生长条件对结晶形貌的影响。

硅酸铋晶体的蚀像形貌

本文研究了提拉法生长的硅酸铋晶体(BSO)的蚀像形貌,比较了{100},{110},{211},{111}面族的腐蚀像特征和腐蚀速度,并用周期性键链(PBC)的形貌理论分析了腐蚀形貌。通过蚀像形貌特征便可方便地进行晶体定向,准确地确定各族晶面之间的相对位置和极轴的方向等。

亚稳态Bi_2SiO_5晶体的制备及析晶热力学分析

采用熔体冷却法制备了亚稳态Bi2SiO5硅酸铋晶体,利用XRD、SEM等表征分析了所制备Bi2SiO5多晶的晶型及形貌特征.通过系统在相平衡温度时的可逆相变过程,计算了析晶过程的ΔH、ΔS和ΔG.实验结果表明:组成中当摩尔比Bi2O3/SiO2为1∶1时,所生成的Bi2SiO5晶体在2h保温时间后仍没有发生晶型转变.所制备的单相Bi2SiO5晶粒呈现层状生长,且层与层之间呈现紧密生长.热力学分析表明:当温度T=T0-ΔT=973.15K时,ΔG=-7.478KJ<0,说明从基础熔体中析出Bi2SiO5的过程是自发进行的;同时,熔体中的分相有利于Bi2SiO5晶体的析出.

对硅酸铋晶体实时自动记录信息的研究

从原理与实验两方面论述了硅酸铅（Ｂｉ＿（１２）ＳｉＯ＿（２０））晶体实时自动记录、显影光学信息的特性。其灵敏度比铌酸锂（ＬｉＮｂＯ＿３）晶体高１００倍。实验表明，在晶体上施加约为６ｋＶ·ｃｍ￣（－１）的横向电场和１５×１０￣５Ｐａ的横向气压，可进一步提高灵敏度。作为实例，用硅酸铅晶体和微机控制的全息装置，实时自动地测试了薄板受力后的变形。

Bi：Bi_（12）SiO_（20）晶体的光折变效应研究

根据Ｂｉ＿１２ＳｉＯ＿２０（ＢＳＯ）晶体生长中出现的缺陷，确定了合理的生长工艺条件，生长出优质的Ｂｉ：Ｂｉ＿１２ＳｉＯ＿２０（Ｂｉ：ＢＳＯ）晶体。测试了晶体的指教增益系数、衍射效率、相位共轭反射率和响应时间等光折变性能。研究表明，Ｂｉ：ＢＳＯ晶体的光折变性能优于纯ＢＳＯ晶体。

硅酸铋(Bi_4Si_3O_(12))粉体制备的研究进展

Bi_4Si_3O_(12)晶体作为一种性能优异的新型闪烁体,在各个方面有着重要的作用,粉体制备有着重要的意义。本文综述了硅酸铋粉体的制备技术,有固相法、高能球磨法、溶胶-凝胶法、水热法和化学溶液分解法等,同时讨论了各个方法的优缺点,最后展望了硅酸铋粉体制备的未来发展趋势。

基于动态全息的面内微振动测量系统

为了实时测量高频、微小面内振动,利用硅酸铋(BSO)晶体的光折变特性搭建了基于动态全息的面内微振动测量系统。通过粗糙表面的散射信号光携带面内振动信息,与参考光在晶体内干涉形成动态全息并实时衍射,参考光的衍射光和信号光的透射光之间形成新的干涉,通过光电探测器对干涉信号进行解时域或频域的探测,即可得到振动信息。以剪切式压电陶瓷驱动的散射片为被测物,实验测量了0.5~240 kHz的亚微米量级的面内振动。

坩埚下降法生长硅酸铋闪烁晶体(英文)

采用改进型坩埚下降法,从富Bi的高温熔体中生长了硅酸铋(Bi4Si3O12,BSO)晶体,研究了BSO晶体的析晶行为。透明晶体最大尺寸达到30mm×30mm×35mm,晶体具有良好的光学均匀性,在350～900nm波段透过率保持在约80%。相对锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)晶体,BSO闪烁晶体具有快的衰减时间,有望用于能量范围在几百MeV的4π电磁量能器。

基于水热法生长的硅酸铋晶体光学电压传感器

提出一种基于水热法生长的硅酸铋（BSO,Bi12SiO20）晶体型光学电压传感器,其 电压传感单元主要包括一块BSO晶体和两个偏振器,不需要附加1/4波片。实验结果表明 ,所用BSO晶体样品 具有显著的线性电光效应,可以用于测量交流电压；通过合理利用BSO晶体自身自然旋光性,可以使其电 压单调及线性测量范围均大于以往基于无自然旋光性晶体的电压传感器。实验所用BSO 晶体的自然旋光角度约为132°。实验数据表明,在电光相位延迟的 峰-峰值为2π范围以内, 传感器输出电压仍然能够随被测电压单调地变化。在被测工频电压有效值为108～1300V范围内,实验测量了传感器输出电压随被测电压变化的非 线性响应特性； 在利用应力双折射产生的相位延迟提供光学偏置的条件下,在一定电压范围内,可以实现工 频交流电压的线性测量,相应的电压测量灵敏度约为0.027mV/V,非线性误差小于3.1%。

具有高非线性和大有效模场面积的多固体芯集束型光子晶体光纤

提出了以硅为基质、高折射率铋化合物作为纤芯的多固体芯集束型光子晶体光纤(PCF)。该类光纤利用全内反射型机制将传输光场约束在高折射率固体棒芯中,并能输出相同强度的光。通过数值模拟分析了集束六芯六角形和集束八芯四方形两种光子晶体光纤的有效模场面积和非线性系数随抽运波长以及纤芯直径的变化规律,证明了这种光纤同时具有等效的高非线性和大的有效模场面积的特性,可以用于实现高功率频率变换。

硅酸铋闪烁晶体及其掺杂改性

硅酸铋(Bi_4Si_3O_(12),BSO)晶体是一种具有闪铋矿结构的氧化物闪烁材料,其衰减时间快于锗酸铋(BGO)晶体,光输出高于钨酸铅(PWO)晶体,被认为是双读出量能器最佳的候选材料之一。综述了硅酸铋晶体在相关系、晶体生长、闪烁性能、掺杂改性等方面的研究进展,比较了不同生长方法的优缺点,总结了稀土掺杂对硅酸铋晶体性能以及结晶习性的影响。研究发现:少量Dy^(3+)掺杂能显著提高硅酸铋晶体的光输出,其发光机理可能与Dy3+的占位有关,高浓度掺杂因为引入竞争性的发光中心而导致光输出下降。此外,掺杂硅酸铋晶体在荧光发光和激光等领域有潜在应用。

Ho^(3+)掺杂Bi_4Si_3O_(12)晶体的生长与光谱特性

采用坩埚下降法生长了尺寸为f25 mm×100 mm的Ho^(3+)掺杂的Bi_4Si_3O_(12)(BSO:Ho)晶体,研究了所得晶体的透射光谱、激发光谱、发射光谱等特性。结果表明:BSO:Ho晶体透射光谱与纯BSO晶体基本一致,在350~800 nm波长范围的透过率约为80%,吸收边在286 nm处;在360、454和537 nm处存在与Ho^(3+)有关的吸收峰;激发光谱在240~310 nm波段出现1个宽的激发带,峰值在290 nm左右;发射光谱中除480 nm发射带外,在573 nm附近有多个与Ho^(3+)有关的尖锐发射峰。BSO:Ho晶体的主要发光分量的荧光衰减时间为94.41 ns,表明掺杂0.1%Ho^(3+)(摩尔分数)有利于提高BSO晶体的闪烁性能。