[发明专利]基于表面共振腔结构的定向发射闪烁体器件

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，尤其是涉及一种基于表面共振腔结构的定向发射闪烁体器件,具有高度的发射方向性，因此在射线探测中将显著提高探测效率。

背景技术

闪烁体是一种吸收高能粒子或高能射线并使其转换成可见光的功能材料，闪烁体发射出的可见光，也叫作闪烁光，被后续光电探测装置如光电倍增管、光电二极管和CCD器件接收，从而实现高能粒子或高能射线的探测，闪烁体是闪烁探测系统中的核心部件，闪烁体的发光特性直接决定了探测系统的性能。闪烁探测系统在高能物理实验、核物理实验、核武器实验诊断、核医学成像、宇宙射线探测和安检中扮演着越来越重要的角色，担负着不可替代的功能。

从闪烁体表面发射出来的闪烁光在空间属于满足余弦函数关系的朗伯型分布，即在空间的各个方向均匀发射，没有特定的取向。然而这种空间分布的发射特征不利于探测效率的提高，这是因为在实际的探测系统中光电探测器往往距离闪烁体一定距离，只有一个特定立体角内的闪烁光能够进入探测器，而没有进入探测器中的闪烁光则被浪费，大大限制了探测系统效率的提升。

中国专利CN104035121A公开了一种高度定向发射的平面微腔闪烁体器件，薄膜闪烁体层介于两个布拉格反射镜之间，该方法可以产生定向发射的效果，然而该结构中的闪烁体层只能是厚度为几百纳米到几微米的薄膜，当厚度继续增加时会导致平面微腔调控效果的失效。在一些闪烁探测系统中，为了实现对高能粒子或高能射线有足够的阻止能力，必须使用厚度为毫米或厘米数量级的闪烁体块体材料，为了实现块体闪烁体的发光方向性的控制，必须采用新的结构设计方法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决具有宏观厚度的块体闪烁体发光空间分布缺乏取向性的问题，提供了一种基于表面共振腔结构的定向发射闪烁体器件，实现闪烁光发射空间方向性的提高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于表面共振腔结构的定向发射闪烁体器件，包括

闪烁体，

布置在闪烁体出光面的平面共振腔，

布置在闪烁体其余表面的反射涂层，

所述的平面共振腔包括自下而上依次设置的底部布拉格反射镜、中间层和顶部布拉格反射镜，平面共振腔的共振透射波长与闪烁体发射波长峰值匹配。

所述的底部布拉格反射镜和顶部布拉格反射镜均由若干对具有高低折射率的两种透明介质材料交替构成，底部布拉格反射镜的对数大于顶部布拉格反射镜的对数，每层介质材料的厚度为λ/4n，其中λ是闪烁体发光的中心波长，n是对应透明介质材料的折射率，底部布拉格反射镜的反射率高于顶部布拉格反射镜的反射率。

所述的中间层为布拉格反射镜中的高折射率透明介质材料或低折射率透明介质材料，中间层的厚度为mλ/2n，m为介于1和3之间的整数。

所述的高折射率透明介质材料选自TiO₂、SiN或Ta₂O₅中的一种，所述的低折射率透明介质材料选自SiO₂、MgF₂或CaF₂中的一种。

所述的平面共振腔采用磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发技术制备。

所述的闪烁体为具有毫米或厘米尺寸的块体。

所述的闪烁体选自塑料闪烁体、玻璃闪烁体、ZnO闪烁体、Lu₂SiO₅:Ce闪烁体、(Lu,Y)₂SiO₅:Ce闪烁体、Bi₄Ge₃O₁₂闪烁体、Y₃Al₅O₁₂:Ce闪烁体、CsI:Tl闪烁体、NaI:Tl闪烁体或PbWO₄闪烁体中的一种。

所述的反射涂层为漫反射涂层或镜面反射涂层。

所述的漫反射涂层采用的材料为MgO、BaSO₄或聚四氟乙烯中的一种，采用常规喷涂技术制备。

所述的镜面反射涂层根据闪烁体发射波长选择银膜、铝膜或金膜，采用磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发镀膜技术制备。