[發(fā)明專利]一種內(nèi)置型光子晶體閃爍體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810356010.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108761517B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉波;程傳偉;張娟楠;顧牡;陳鴻;劉金良;陳亮;歐陽(yáng)曉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01T1/202
• 分類號(hào): G01T1/202;G01T1/203
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發(fā)明涉及一種內(nèi)置型光子晶體閃爍體，由閃爍體及鑲嵌在閃爍體內(nèi)部的光子晶體層構(gòu)成，其中光子晶體層位于閃爍體內(nèi)部的中間位置，位置上下幅度≤閃爍體厚度×10％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以提高光輸出效率，并且該結(jié)構(gòu)性閃爍體的光子晶體牢固，穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核輻射測(cè)量領(lǐng)域，尤其是涉及一種內(nèi)置型光子晶體閃爍體。

背景技術(shù)

閃爍探測(cè)系統(tǒng)在核醫(yī)學(xué)成像、高能物理實(shí)驗(yàn)、天文物理和宇宙射線探測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，是探測(cè)高能射線和粒子的重要方法。核心功能材料是閃爍體，閃爍體的作用是吸收核輻射的能量并將其轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光或近紫外光。閃爍體的性能強(qiáng)烈影響探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)能力。塑料閃爍體在測(cè)量中子和帶電粒子方面具有重要應(yīng)用。然而在實(shí)際有一種閃爍體具有較高的折射率，全內(nèi)反射角導(dǎo)致大量閃爍光子的內(nèi)陷無(wú)法出射，因此雖然很多閃爍體具有高的內(nèi)量子效率，但由于提取效率低到了外量子效率低下，影響了系統(tǒng)性能的提升。采用光子晶體與閃爍光的耦合實(shí)現(xiàn)閃爍體光提取效率的提高是一種重要的解決方案。

中國(guó)專利CN 104280761A公開(kāi)了一種表面具有光子晶體結(jié)構(gòu)的閃爍體，該閃爍體可以實(shí)現(xiàn)光輸出效率的提高。中國(guó)專利CN105425266A公開(kāi)了一種采用壓印的方法制備表面具有光子晶體結(jié)構(gòu)閃爍體的方法。然而表面制備光子晶體結(jié)構(gòu)的閃爍體雖然可以提高光輸出效率，但也存在三個(gè)弊病。其一：表面光子晶體結(jié)構(gòu)有一部分未能與閃爍體接觸，導(dǎo)致光子晶體結(jié)構(gòu)單元的衍射效率降低。其二：表面光子晶體結(jié)構(gòu)在使用時(shí)存在被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是當(dāng)閃爍體需要采用光學(xué)硅油等材料與光電倍增管耦合時(shí)，這樣的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)明顯增加。其三：當(dāng)硅油滲透進(jìn)入光子晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響，最終影響整個(gè)閃爍體光輸出的幅度和光輸出的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提高光輸出效率的內(nèi)置型光子晶體閃爍體。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種內(nèi)置型光子晶體閃爍體，由閃爍體及鑲嵌在所述閃爍體內(nèi)部的光子晶體層構(gòu)成，鑲嵌在閃爍體內(nèi)部的光子晶體一方面可以增強(qiáng)衍射效率，實(shí)現(xiàn)光提取的最大化。內(nèi)部光子晶體可以避免和探測(cè)器或耦合硅油的直接接觸，保證了光子晶體的可靠和整個(gè)閃爍體的發(fā)光的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，光子晶體層位于閃爍體內(nèi)部的中間位置，位置上下幅度≤閃爍體厚度×10％，光子晶體層位于閃爍體的中部，閃爍光將會(huì)在閃爍體內(nèi)部進(jìn)行多次反射，多次經(jīng)過(guò)光子晶體層，這樣的對(duì)稱布局有利于光傳輸?shù)木鶆蛐浴?/p>

優(yōu)選地，光子晶體層為具有單層六角密堆積結(jié)構(gòu)，折射率為2.5的二氧化鈦微球組成，選取二氧化鈦(折射率為2.5)的依據(jù)是需要保證盡可能大的折射率襯度，當(dāng)光子晶體鑲嵌在閃爍體內(nèi)部時(shí)，折射率襯度就是二氧化鈦折射率和閃爍體折射率的差，這個(gè)差值越大，則衍射效率越高，光提取的效率越好。同時(shí)又需要該材料在閃爍發(fā)光波長(zhǎng)沒(méi)有顯著吸收。二氧化鈦微球易于采用自組裝方法，廉價(jià)地大面積地制備樣品，有利于實(shí)際應(yīng)用。

更加優(yōu)選地，二氧化鈦微球的直徑為250-500nm，直徑的選取范圍需要與塑料閃爍體的發(fā)光波長(zhǎng)匹配，塑料閃爍體的發(fā)光范圍主要集中于380-550nm范圍，為了產(chǎn)生有效的衍射效應(yīng)，并考慮二氧化鈦的折射率，250-500nm范圍是合適的選擇。

優(yōu)選地，閃爍體為塑料閃爍體，塑料閃爍體摻雜有第一發(fā)光物質(zhì)及第二發(fā)光物質(zhì)，選擇塑料閃爍體是因?yàn)樗芰祥W爍體可以采用聚合方法合成，易于與光子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合。塑料閃爍體是一種適合于中子和帶電粒子測(cè)量的閃爍體。

更加優(yōu)選地，塑料閃爍體的基質(zhì)包括聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯，第一發(fā)光物質(zhì)包括對(duì)聯(lián)三苯或PBD，第二發(fā)光物質(zhì)包括POPOP或BBO。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)該發(fā)明將光子晶體與閃爍體結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)光輸出效率提高。

2)該結(jié)構(gòu)性閃爍體的光子晶體牢固，穩(wěn)定性好。