[实用新型]基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体

说明书

本实用新型公开了一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体。解决了闪烁光的提取效率低及在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布，导致降低成像质量低的问题。该闪烁光纤采用在闪烁材料制成的光纤基体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减小，且第一空气孔的孔径大于中心处的第二空气孔孔径。

技术领域

本实用新型属于核探测及射线、快中子成像领域，具体涉及一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体。

背景技术

闪烁探测系统在高能物理实验、核物理实验、核医学成像、天文探测、探矿测井、安检等领域都具有重要用途，往往涉及大科学工程或国家安全领域的重大需求。

闪烁体是闪烁探测系统中的核心功能材料，属于发光材料，可以吸收入射高能粒子(如电子、质子、中子、α粒子等)或高能光子(如X射线、γ射线)，并将其能量转换成近紫外光或可见光，随后通过光电探测器件如光电倍增管、光电二极管或CCD最终实现对入射粒子或射线的探测。探测系统对闪烁体的普遍要求包括高光产额、快衰减、发射波长与光电探测器响应匹配、稳定的物理化学性质和低成本，对于γ射线探测还需要高密度。

然而在实际应用中，由于无机闪烁体具有较高的折射率(约1.6～2.2)，在辐射致闪烁体发光时，闪烁体内部的闪烁光子在出射界面会产生全反射，导致大量光子被限制在闪烁体的内部无法出射，即使小于全反射角的光可以出射，但由于出射角覆盖整个空间，而探测器可能布置于某个方向，会导致大部分出射角度的光无法进入探测器而被浪费。同时，闪烁光在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布如果不对光束进行调控，其成像质量仍然得不到显著提高。因此，提高闪烁体的光输出并控制其出射的方向性，对传输过程进行调控，对提高探测系统的探测效率和灵敏度、以及成像的质量都具有重要意义。

其次，在具有宏观尺寸(毫米至厘米尺度)的发光闪烁体的应用中，由于闪烁体被激发后闪烁光在闪烁体界面处发生多次反射可能导致时间特性的弥散，从而会降低探测系统的时间分辨能力。

实用新型内容

为了解决闪烁光的提取效率低及在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布，导致降低成像质量低的问题，本实用新型提供一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列。

同时，本实用新型还提供了一种基于微结构发光闪烁体，解决了发光闪烁体被激发后闪烁光在闪烁体界面处多次反射可能导致时间特性弥散和闪烁光出射效率低的问题。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种基于微结构的闪烁光纤，用于提取和传输闪烁光，其改进之处在于：在闪烁材料制成的光纤基体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；

外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；

内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；

多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减小，且第一空气孔的孔径大于中心处的第二空气孔孔径。

进一步地，上述多个第二空气孔的孔径由中心向外呈螺旋形逐渐梯度减小。

进一步地，上述规则的封闭图形为圆形或椭圆形或正多边形或矩形；

进一步地，上述第一空气孔和第二空气孔为圆形或椭圆形或正多边形或矩形。

进一步地，上述所有第一空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体；所有第二空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体。