[發明專利]基于表面共振腔結構的定向發射閃爍體器件

在審

• 申請號: 201510566346.2
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105137472A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 劉波;朱智超;程傳偉;顧牡;陳鴻
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01T1/20
• 分類號: G01T1/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

技術領域

本發明屬于核輻射探測領域，尤其是涉及一種基于表面共振腔結構的定向發射閃爍體器件,具有高度的發射方向性，因此在射線探測中將顯著提高探測效率。

背景技術

閃爍體是一種吸收高能粒子或高能射線并使其轉換成可見光的功能材料，閃爍體發射出的可見光，也叫作閃爍光，被后續光電探測裝置如光電倍增管、光電二極管和CCD器件接收，從而實現高能粒子或高能射線的探測，閃爍體是閃爍探測系統中的核心部件，閃爍體的發光特性直接決定了探測系統的性能。閃爍探測系統在高能物理實驗、核物理實驗、核武器實驗診斷、核醫學成像、宇宙射線探測和安檢中扮演著越來越重要的角色，擔負著不可替代的功能。

從閃爍體表面發射出來的閃爍光在空間屬于滿足余弦函數關系的朗伯型分布，即在空間的各個方向均勻發射，沒有特定的取向。然而這種空間分布的發射特征不利于探測效率的提高，這是因為在實際的探測系統中光電探測器往往距離閃爍體一定距離，只有一個特定立體角內的閃爍光能夠進入探測器，而沒有進入探測器中的閃爍光則被浪費，大大限制了探測系統效率的提升。

中國專利CN104035121A公開了一種高度定向發射的平面微腔閃爍體器件，薄膜閃爍體層介于兩個布拉格反射鏡之間，該方法可以產生定向發射的效果，然而該結構中的閃爍體層只能是厚度為幾百納米到幾微米的薄膜，當厚度繼續增加時會導致平面微腔調控效果的失效。在一些閃爍探測系統中，為了實現對高能粒子或高能射線有足夠的阻止能力，必須使用厚度為毫米或厘米數量級的閃爍體塊體材料，為了實現塊體閃爍體的發光方向性的控制，必須采用新的結構設計方法。

發明內容

本發明的目的就是為了解決具有宏觀厚度的塊體閃爍體發光空間分布缺乏取向性的問題，提供了一種基于表面共振腔結構的定向發射閃爍體器件，實現閃爍光發射空間方向性的提高。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

基于表面共振腔結構的定向發射閃爍體器件，包括

閃爍體，

布置在閃爍體出光面的平面共振腔，

布置在閃爍體其余表面的反射涂層，

所述的平面共振腔包括自下而上依次設置的底部布拉格反射鏡、中間層和頂部布拉格反射鏡，平面共振腔的共振透射波長與閃爍體發射波長峰值匹配。

所述的底部布拉格反射鏡和頂部布拉格反射鏡均由若干對具有高低折射率的兩種透明介質材料交替構成，底部布拉格反射鏡的對數大于頂部布拉格反射鏡的對數，每層介質材料的厚度為λ/4n，其中λ是閃爍體發光的中心波長，n是對應透明介質材料的折射率，底部布拉格反射鏡的反射率高于頂部布拉格反射鏡的反射率。

所述的中間層為布拉格反射鏡中的高折射率透明介質材料或低折射率透明介質材料，中間層的厚度為mλ/2n，m為介于1和3之間的整數。

所述的高折射率透明介質材料選自TiO₂、SiN或Ta₂O₅中的一種，所述的低折射率透明介質材料選自SiO₂、MgF₂或CaF₂中的一種。

所述的平面共振腔采用磁控濺射、電子束蒸發或熱蒸發技術制備。

所述的閃爍體為具有毫米或厘米尺寸的塊體。

所述的閃爍體選自塑料閃爍體、玻璃閃爍體、ZnO閃爍體、Lu₂SiO₅:Ce閃爍體、(Lu,Y)₂SiO₅:Ce閃爍體、Bi₄Ge₃O₁₂閃爍體、Y₃Al₅O₁₂:Ce閃爍體、CsI:Tl閃爍體、NaI:Tl閃爍體或PbWO₄閃爍體中的一種。

所述的反射涂層為漫反射涂層或鏡面反射涂層。

所述的漫反射涂層采用的材料為MgO、BaSO₄或聚四氟乙烯中的一種，采用常規噴涂技術制備。

所述的鏡面反射涂層根據閃爍體發射波長選擇銀膜、鋁膜或金膜，采用磁控濺射、電子束蒸發或熱蒸發鍍膜技術制備。