[发明专利]一种用于闪烁探测系统的光子晶体移波器件

说明书

本发明涉及一种用于闪烁探测系统的光子晶体移波器件，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。与现有技术相比，本发明具有高的转换效率和高度的光发射方向调控能力，而且能够提高对紫外等闪烁荧光的探测效率。

技术领域

本发明属于核辐射探测领域，具体涉及一种用于闪烁探测系统的光子晶体移波器件。

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。

因此为了提高探测效率，可以采用移波的方式，将闪烁体发出的真空紫外波段荧光转换为近紫外或可见光进行测量，这样更利于荧光传输和与光电器件灵敏响应区间匹配。针对惰性气体，D.Yu.Akimov等人(Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A,vol.695，p.403,2012)提出了采用对三联苯(p-terphenyl)作为移波剂实现此功能，虽然该材料的转化量子效率较高，但采用平面结构使用时，其发光的方向性没有特定取向，即沿着4π立体角均有分布，属于朗伯型分布，不利于光的聚焦和收集。

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；采用溶胶-凝胶方法，制得发光薄膜，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。目前公开资料涉及移波材料发光方向性的调控方法还是空白。

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，又具有高度的光发射方向调控能力，而且能够提高对紫外等闪烁荧光的探测效率的用于闪烁探测系统的光子晶体移波器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于闪烁探测系统的光子晶体移波器件，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正方周期阵列，该正方周期阵列的周期的取值范围为450～600nm，所述的介质柱的直径为正方周期阵列的周期的0.45～0.55倍，介质柱的高度为发光薄膜层的主发光峰对应的真空中的中心波长的0.45～0.55倍。

优选地，介质柱的直径为正方周期阵列的周期的0.5倍，高度为310nm。

所述的介质柱的材料包括SiN、GaN或TiO₂。

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_0.9Eu_0.1TaO₄，主发光峰对应的真空中的中心波长为613nm。