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超強激光科學卓越創新簡報
(第一百七十六期)
2021年3月19日
上海光機所在快響應LuAG:Ce閃爍陶瓷方面取得新進展
  近期,中國科學院上海光學精密機械研究所激光與紅外材料實驗室在快响应LuAG:Ce闪烁陶瓷方面取得新进展,相关成果发表在《美国陶瓷协会期刊》(Journal of the America Ceramic Society)。
  LuAG:Ce閃爍陶瓷由于其優異的閃爍性能,被認爲是一種非常有應用前景的閃爍體材料。近年來LuAG:Ce陶瓷閃爍體表現出的優異的抗輻照損傷性能,引起了高能物理領域的關注。但材料中存在的本征的或其他雜質缺陷,使其實際光輸出遠低于理論值,閃爍過程中存在著慢發光分量。針對這個問題,Mg2+共摻雜已經被證實是可以提高LuAG:Ce陶瓷的閃爍性能的方法之一。且在LuAG中Ca2+離子進入十二面體格位所需的能量比Mg2+離子所需能量更低。
  基于此,研究團隊制備了一組Ca2+離子梯度摻雜的LuAG:Ce陶瓷,摻雜濃度在0-0.5at%範圍內,並對制備陶瓷的性能進行了表征。結果表明,在所有Ca2+離子摻雜的樣品中均看到了Ce4+離子的存在,且陶瓷樣品中缺陷引起的熱釋光峰強度也顯著降低,因此LuAG:Ce,Ca陶瓷的光産額相比于未摻雜樣品來說均有所提升,快發光分量占比也增加。尤其是Ca2+-0.2at%的样品,其光产额达到24,400 ph/MeV,快发光分量占比接近90%,衰减时间快分量时间常数约为48 ns。但随着Ca2+離子摻雜濃度增加,陶瓷發光熱猝滅的開始溫度逐漸向低溫方向移動,使得光産額降低。且Ca2+离子掺杂浓度高于0.3 at%时,由于Ca2+掺杂导致的晶格失配或者其他点缺陷等引起的热释光峰的强度开始升高,使得慢分量又开始增加。因此,综合考虑陶瓷的光产额及衰减时间,其最佳掺杂浓度为0.2 at%。
  相关工作得到国家自然科学基金,中科院青促会等项目的支持。(激光與紅外材料實驗室供稿)
  原文鏈接
Fig. 梯度掺杂陶瓷样品的吸收光谱(a),X射线激发发射谱(b)不同门宽下的光产额(c),衰减时间曲线(d),TSL曲线(e)以及不同温度下X射线激发发射强度(f)。 
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