[发明专利]一种用于闪烁探测的导模共振移波器件

说明书

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，具体涉及一种闪烁探测系统的导模共振移波器件。

背景技术

闪烁探测是核辐射探测器中应用范围最广的一种探测方式。闪烁体的发光波长决定了对探测和荧光传输系统的光谱响应要求。现有一些闪烁体，如Ar、He、Kr、Xe等惰性气体，在辐射激发下其闪烁发光峰值波长主要位于真空紫外波段(105nm到190nm)。由于真空紫外波段的荧光给探测器提出了特殊的要求，现有的多数光电器件如光电倍增管和半导体光子器件对真空紫外波段的荧光都不响应。总之，真空紫外波段荧光测量是一件困难的事情。

中国专利CN1318537C公开了一种稀土掺杂钽酸盐透明发光薄膜及其制备方法，透明薄膜的化学表达式为(Ln_1-xRE_x)TaO₄，其中，0<x<1，Ln＝Gd、Lu，RE＝Eu、Tb；制备过程中采用溶胶-凝胶方法，得到发光薄膜，在紫外光或X射线照射下，薄膜发出可见光，实现了移波，但采用的是平面结构的发光薄膜，没有涉及也无法实现对发光的方向性的调控，而且发光中心为Eu离子或Tb离子时，发光衰减时间约1毫秒。"Anovel M′-type LuTaO₄:Ln³⁺(Ln＝Eu,Tb)transparent scintillator films",Xiaolin Liu,Shiwei Chen,Mu Gu,Mengqiu Wu,Zhiche Qiu,Bo Liu,Chen Ni and Shiming Huang,OPTICAL MATERIALS EXPRESS Vol.4,No.1,p.172-178，中也公开了Eu³⁺发光的衰减时间为1.078毫秒，Tb³⁺发光的衰减时间为1.096毫秒，由此可见，上述系统的时间分辨能力低。

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既具有高的转换效率和时间分辨能力，又具有高度的光发射方向调控能力，能够提高对紫外等闪烁荧光的探测效率的具有导模共振结构的移波器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于闪烁探测的导模共振移波器件，包括基底层和基底层上面布置的发光薄膜层，还包括布置在发光薄膜层上面的光子晶体层，所述的光子晶体层由排列呈周期阵列的介质柱构成，介质柱垂直布置于发光薄膜层上表面，介质柱的材料对发光薄膜层发射的光透明；

所述的介质柱排列呈三角构型的周期阵列，该周期阵列的周期的取值范围为350-430nm，所述的介质柱的直径为周期阵列的周期的0.45～0.55倍，介质柱的高度为发光薄膜层主发光峰对应的真空中的中心波长的0.4～0.6倍，依据是波长一半或稍多一些，这个范围耦合效率就足够了，再高的话没有必要同时增加制备难度。

优选地，所述的介质柱的直径为三角构型的周期阵列的周期的0.5倍，介质柱的高度为210～250nm。

所述的介质柱的材料包括SiN、GaN、TiO₂、ZnO、Ta₂O₅或Al₂O₃。

所述的发光薄膜层的折射率大于基底层的折射率。

所述的发光薄膜层的厚度介于与之间；其中，λ为发光薄膜层的主发光峰对应的真空中的中心波长，n₁为发光薄膜层的折射率，n₂为基底层的折射率。

所述的发光薄膜层为(Lu_0.9Ce_0.1)₂SiO₅，主发光峰对应的真空中的中心波长为420nm。

所述的基底层为对真空紫外光透明的材料，包括石英玻璃、LiF晶体、CaF₂晶体、MgF₂晶体或BaF₂晶体。