[发明专利]一种具有高光提取效率的微结构闪烁体器件

说明书

本发明涉及一种具有高光提取效率的微结构闪烁体器件，包括：衬底，布置在衬底上的反射层，布置在反射层上的微结构与闪烁体，所述的微结构为网格状结构，所述的闪烁体镶嵌在各网格内并与微结构形成一整体。与现有技术相比，本发明采用可以降低光谱的形状畸变，有利于保持探测器光谱响应的一致性。

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，具体涉及一种具有高光提取效率的微结构闪烁体器件，该结构性的闪烁体在辐射探测器中将显著提高闪烁体光输出，进而提升探测系统的灵敏度和信噪比。

背景技术

高能物理实验、核物理实验及核医学成像系统中闪烁探测系统是非常重要的辐射测量装置，该装置中的核心功能材料就是闪烁体。闪烁体通过吸收高能射线并将其转化为可见光的方式来实现对射线的探测。闪烁体的光输出是直接决定的探测器的效率，光输出由闪烁体的本征光产额和光提取效率共同决定，目前使用的大部分商用闪烁体的本征光产额都经过晶体生长技术的充分优化接近理想值。但由于大部分闪烁体的折射率较大，闪烁光在出射面形成的全反射角较小，导致大部分闪烁光被限制在闪烁体内部无法出射，无法进入探测系统成为有效的闪烁光，严重影响了探测的系统灵敏度和信噪比。因此如何提取这部分被限制在闪烁体内部的光显得十分重要。

中国专利ZL201510566362.1公开了一种采用光子晶体微结构，采用此结构可以显著提高闪烁体的光提取效率，从而实现高的光输出。但是周期为波长量级的光子晶体的最大问题在于，其衍射效应，导致光谱畸变，即被增强的光是波长的依赖，由于探测的响应是波长的依赖，因此这将导致探测器响应的改变，从而影响效率的校准。因此发展一种光谱畸变的光输出增强方法对于闪烁体的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高光提取效率的微结构闪烁体器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有高光提取效率的微结构闪烁体器件，包括：

衬底，

布置在衬底上的反射层，

布置在反射层上的微结构与闪烁体，所述的微结构为网格状结构，所述的闪烁体镶嵌在各网格内并与微结构形成一整体。

所述的网格状结构的折射率小于闪烁体的折射率并且所述的网格状结构对闪烁体发光波长透明。

网格状结构为呈正方形周期的格子，网格的目的是破坏导波模式，通过折射定律实现光输出的提高，该网格材料的折射率越低越有利于光输出，兼顾制备的可获得性，选取了三种折射率小于塑料闪烁体的材料，即AlF₃(折射率1.35)，MgF₂(折射率1.38)，SiO₂(折射率1.46)。该网格的线条宽度需要近似大于等于闪烁光的波长即可实现有效的折射效果，因此选取0.5-1.0μm较为合适。网格的周期必须远大于闪烁光的波长，以消除光子衍射的特征，光子衍射的特征将产生显著的波长依赖特性，造成增强光谱的谱型畸变。网格的周期太大则密度太低，会降低光提取的效果，网格的周期太小则密度太高，则会降低闪烁体成分的占空比，即闪烁体的有效含量，同样造成总体光输出的降低。我们选择波长的约20倍到100倍，即10-50μm，在这样的网格周期条件下，既可以起到很好的光输出的增强，又不至于导致显著的光谱形状畸变。

网格线高度与闪烁体高度一致，兼顾高能粒子射线的吸收效率，不能太薄，也不能过厚，选择0.5-5μm为合适的范围。

所述的闪烁体为塑料闪烁体，折射率介于1.5-1.6。

所述的闪烁体的材质包括基质、发光剂和移波剂，所述的基质为聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯，所述的发光剂为对联三苯或PBD，所述的移波剂为POPOP或BBO。

所述的闪烁体的高度与微结构的高度一致。