1 中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心，上海 201899
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西 西安 710024
X射线闪烁体在医疗诊断、安全检查、工业无损探测等领域应用广泛。近十年来，零维结构有机-无机杂化金属卤化物因具有非潮解、高稳定性、无自吸收、高荧光量子效率等优异的物理性质和发光性能，在X射线成像领域逐渐受到关注并已展现出极大的应用潜力。本文将概述X射线闪烁体的基本探测原理和关键探测性能参数，介绍最具代表性的零维锰基、锡基、锑基和铜基卤化物闪烁体在X射线成像领域的研究进展，并展望此类零维杂化材料的未来发展方向。
零维结构 杂化金属卤化物 无铅卤化物 闪烁体 光致发光 辐照发光 X射线探测 X射线成像 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0334001
中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心，上海 201899
低维有机-无机杂化铜卤化物由于拥有高荧光量子效率、高稳定性和可低成本溶液法制备等优点，近年来在光电和辐射探测等领域展现出巨大应用潜力。本工作通过溶液蒸发法成功制备了零维结构(TPA)CuI2 (TPA=四丙基铵，C12H28N+)闪烁体单晶，并对其光学和X射线闪烁探测性能进行了研究。(TPA)CuI2晶体具有高热稳定性和空气稳定性，在紫外激发下，晶体展现出具有291 nm半高全宽的超宽带白光发射，荧光量子效率为62%；在X射线激发下表现出强辐照发光、低余辉、低检测限，是一种新型高性能X射线探测闪烁体。
X射线闪烁体 有机-无机杂化 卤化亚铜 溶液法 X-ray scintillators organic-inorganic hybrid copper(I) halides solution method
1 中国计量大学 材料与化学学院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 人工晶体研究中心, 上海 201899
3 中国科学院高能物理研究所 核探测与核电子学国家重点实验室, 北京 100049
传统的塑料闪烁体由于其低有效原子序数和密度, 不适用于能谱探测领域。有机重金属化合物掺杂塑料闪烁体的制备为塑料闪烁体实现能谱探测提供了一种有效途径。而有机锡化合物掺杂塑料闪烁体具有高光峰灵敏度, 并保留了塑料闪烁体的快衰减特性。本文通过自由基聚合的方法成功制备了不同浓度2-(三丁基锡烷基)呋喃掺杂的聚乙烯基甲苯(PVT)基塑料闪烁体, 并对其光学和闪烁性能进行了测试和比较。其中掺杂20% 2-(三丁基锡烷基)呋喃的PVT基塑料闪烁体的透光率可达90%, X射线激发发射光谱主峰位于425 nm处, 光产额为6 700 ph/MeV, 能量分辨率为15.8%@662 keV, 衰减时间约为4.3 ns。我们也制备了1英寸直径、掺杂20% 2-(三丁基锡烷基)呋喃的塑料闪烁体, 具有6 300 ph/MeV的光产额和15.8%@662 keV的能量分辨率。
塑料闪烁体 有机锡化合物 光学性能 能量分辨率 plastic scintillators organotin compounds optical properties energy resolution
1 1.中国科学院 福建物质结构研究所, 福州 350002
2 2.福州大学 化学学院, 福州 350116
3 3.福州大学 材料科学与工程学院, 福州 350116
4 4.中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
近年来, 黄色激光晶体在激光显示、激光医疗、激光雷达(光探测和测距)、玻色-爱因斯坦凝聚、原子冷却和俘获等领域具有广泛的应用, 吸引了研究人员极大的兴趣。随着蓝光LD泵浦源的商用化, 直接泵浦Dy3+掺杂激光晶体可输出黄色激光, 对应4F9/2→6H13/2跃迁。本工作采用提拉法生长了Dy3+掺杂浓度分别为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%(原子分数)的Dy3+: Y3Al5O12(Dy:YAG)晶体, 并分析了晶体开裂的原因。基于Judd-Ofelt理论计算了J-O强度参数, 并利用其评估了不同掺杂浓度的Dy:YAG晶体的其它激光参数。综合讨论了Dy3+掺杂浓度对荧光分支比、受激发射截面、量子效率等光谱性能的影响。在五个晶体样品中, 1.0%Dy: YAG晶体在447 nm激发下实现了582 nm最大的受激发射截面值和最强的荧光强度值, 荧光寿命较长, 达到0.823 ms。与之相比, 2.0%Dy: YAG晶体发射参数值略低, 但是其吸收系数更大。研究结果表明, 激光二极管泵浦的Dy:YAG黄色激光晶体中Dy3+离子的浓度为1.0%和2.0%较为合适, 并基于2.0%Dy: YAG晶体实现了连续黄色激光输出, 最大功率为166.8 μW, 激光峰值波长为582.5 nm。
YAG晶体 Dy3+ 晶体生长 荧光特性 黄色激光 YAG crystal Dy3+ crystal growth fluorescence features yellow laser
1 中国计量大学材料与化学学院, 杭州 310018
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 人工晶体研究中心, 上海 201899
Cs2LiLaBr6∶Ce(CLLB∶Ce)晶体n/γ双读出闪烁性能优异, 其实用化瓶颈在于大尺寸、高光学质量晶体的生长。本研究采用非化学计量比配比, 避开CLLB∶Ce非一致熔融组分区域, 通过改进研制坩埚下降法晶体生长炉, 并优化温度场和降低坩埚下降速度等晶体生长工艺, 从而克服组分过冷, 保持生长界面稳定, 得到了直径1英寸（1英寸=2.54 cm）的CLLB∶Ce晶体毛坯, 等径透明部分长度达40 mm, 单晶比例由52%提高至79%, 可见光区光学透过率达到70%以上。在137Cs激发下能量分辨率达3.7%, 在252Cf激发下晶体的品质因子达到1.42, 可以很好地甄别中子和γ射线。
闪烁晶体 坩埚下降法 组分过冷 光学透过率 中子探测 CLLB∶Ce CLLB∶Ce scintillation crystal Bridgman method constitutional supercooling optical transmittance neutron detection
1 中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室, 福建 福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室 (闽都创新实验室), 福建 福州 350108
3 福州大学化学学院, 福建 福州 350116
4 山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
5 中国科学院深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055
稀土光学晶体是一类重要的高端光学材料, 是指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的光学晶体, 在****、国民经济和科学技术领域等方面具有重要的应用。稀土光学晶体的研究以稀土离子特性和相图分析为基础, 结合结晶生长的化学键合理论, 确定材料组分、晶体生长方法和工艺参数等, 获得大尺寸单晶体。对稀土离子发光原理、典型稀土光学晶体的组成设计以及若干稀土光学晶体类型的发展情况进行简介, 并综述了近几年面向不同应用领域的稀土光学晶体材料的研究新进展。稀土光学晶体材料的研发是实现稀土资源高质量发展的重要途径, 需要多学科交叉领域的协同发展。
激光技术 稀土光学晶体 稀土离子 发光 组成设计 激光技术 laser technology rare earth optical crystals rare earth ions luminescence component design
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
提出一种通过相机和投影仪的空间几何约束来展开相位包裹的方法, 只需要对结构光投影测量系统进行标定, 不需要进行传统的时间或空间相位展开.通过投影单周期条纹得到物体的大致高度信息以确定虚拟深度平面, 在虚拟平面z0min处, 根据结构光系统的标定参数创建最小绝对相位图, 物体的包裹相位逐像素与进行比较, 即确定条纹级数, 实现相位解包裹.该方法具有良好的鲁棒性, 对硬件要求低, 采集图像少并且不需要额外的物体来获得z0min, 能够实现自适应动态测量.实验结果表明, 在同等条件下, 与传统时间相位展开方法相比, 该方法的相对误差降低了14.33%, 同时简化了测量方法, 能够有效实现物体的三维形貌测量.
相位解包裹 自适应测量 相移法 三维图像重构 结构光 标定 几何约束 Phase unwrapping Adaptive imaging Fringe analysis Three-dimensional image reconstruction Structured light Calibration Geometric constraint
1 天津理工大学 计算机与通信工程学院, 天津 300384
2 天津大学 激光与光电子研究所, 天津 300072
提出了一种工作于太赫兹频段的双频微带天线。通过在天线辐射贴片上加载双T型辐射缝隙, 改变天线表面电流的路径来实现双频特性。对天线模型进行了仿真分析, 仿真结果表明, 所设计天线的谐振频率分别为300 和670 GHz, 最大增益达到了7.13 dB。该双频天线结构简单、易于加工且性能指标稳定, 可应用于太赫兹通信系统中, 其设计方法对双频微带天线的设计有一定的参考价值。
双频天线 太赫兹 回波损耗 方向性增益 dual-band antenna Terahertz return loss directive gain
1 曲阜师范大学 物理工程学院,曲阜 273165
2 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
为了对单端量子点半导体光放大器(QD-SOA)全光波长转换器的增益恢复特性进行系统分析, 采用分段法和4阶龙格-库塔法, 利用单端QD-SOA的交叉增益调制效应的全光波长转换原理分别求解速率方程和光场方程, 分析了注入电流、后端面反射率以及最大模式增益等变化时对单端QD-SOA全光波长转换器增益恢复时间的影响。结果表明, 当增大注入电流和后端面反射率、减小最大模式增益时, 均可以减小增益恢复时间, 进而可以通过优化上述参量改善单端QD-SOA的增益恢复特性。
光通信 量子点半导体光放大器 波长转换 交叉增益调制 增益恢复时间 optical communication quantum-dot semiconductor optical amplifier wavelength conversion cross-gain modulation gain recovery time
1 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜师范大学 物理系, 山东 曲阜 273165
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
为了改善全光波长转换器的转换性能进而提高输出信号质量, 研究了波长转换器的Q因子特性。采用牛顿迭代法和四阶龙格库塔法解光场传输方程和跃迁速率方程, 分析了输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度4个因素对全光波长转换器的Q因子特性的影响, 并将得到的结果与相同条件下的输出消光比比较。结果表明: 增大输入信号光功率, Q因子先增大后减小, 并且在－12 dBm时取得最大值8.819 dB; Q因子随着脉冲宽度的增加而不断下降; 增大最大模式增益和有源区长度, Q因子增大。在实现波长转换的基础上,优化各参数数值, 得到的Q因子达到16.680 dB,输出信号质量较好。要同时获得高的消光比和Q因子, 提高输出信号的质量, 必须选取适当的输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度。
量子点半导体光放大器 全光波长转换 交叉相位调制 Q因子 quantum-dot semiconductor optical amplifier all-optical wavelength converter cross phase modulation Q factor
