真空紫外VUV光谱

1、真空紫外(VUV)光谱 在发光材料中的应用国家同步辐射实验室1VUV激发物理与固体能态研究宽禁带半导体中受激发光（如ZnO）宽禁带绝缘体的电子态（如CeF3、PbWO4、BaFBr:Eu）稀土离子的高激发态（GdLiF4:Eu）内层芯电子的激发（BaF2型）2 新型闪烁体研究进展BaF2 BaF2:Ce CeF3 PbWO4 Lu2SiO5:Ce3 闪烁体的发展受高能物理与核医学发展的驱使引言、4HEP闪烁体的基本要求: 高密度 ( 6g/cm3) 高效率 ( 10ph/MeV) 快衰减 ( 106rad) 低成本 ( 2$/cm3)56BaF2用于超级超导对撞机SSC78医用闪烁体的应用 X

2、-ray CT PETX射线闪烁体的主要特性9计算机断层扫描（CT）的优点 CT的工作原理 10正电子发射断层扫描（PET）工作原理闪烁体特性11发光机理 BaF2快发光的起源 CeF3发光中的能量损失通道 PWO的发光中心与动力学特性 GSO:Ce, LSO:Ce中的能量传递121314Fig. 1 Emission spectra of CeF3 crystal under VUV excitation at 6K (a) and 454K (b).Fig. 2 Emission spectra of CeF3 at low temperature (33-230K) with 365nm

3、 excitation.15不同温度下CeF3晶体发光的激发谱CeF3晶体发光(340nm)的衰减曲线(T=350K)结果表明：290nm中心-340nm中心,Ce3+ 受缺陷干扰的Ce3+的能量传递16 PWO在4-150eV的激发谱 (400nm发射)17The temperature dependence of luminescence intensity at 430nm and 510nm excited by 82nm SR, the dash lines are fitting curves of the two components of blueband.PWO发光 的 强温

4、度猝灭(三个量级)18(a) Pb-O 配位层EXAFS 函数 (b) W-O 配位层EXAFS函数点线：实验结果；实线：拟合结果拟合结果1920PbWO4发光中心 的 观点： 蓝带 （430nm带），WO42-, Pb2+, 束缚激子 绿带 （520nm带），“WO3+F”，“WO42-+Oi” 红带 （610nm带），VO， Pb3+“WO42-+Oi”绿光中心的主要依据： 实验理论微结构（发射光谱） （能隙计算） （EXAFS）21Emission spectra of Ce3+ in the GSO:Ce under excitation with 189nm above RT: a)

5、372K, b)453K2223LSO:Ce发光的激发谱UV区有温度猝灭，VUV区无温度猝灭24单晶微晶VUV（178 nm）激发下LSO:Ce发光的温度依赖（随温度升高，略有增强）。25单晶微晶VUV（178nm）激发下LSO:Ce发光衰减的温度依赖26VUV和UV激发下发光过程的示意图VUV激发基质激发 + 载流子传输 + 发射UV激发 发光中心直接激发 + 发射273. 提出了PbWO4绿光中心的新观点，可能是“WO42-+Oi”（富氧），而不是“WO3+F”（缺氧）主要进展：1. 研究了BaF2型快发光的起源2. 发现了CeF3闪烁体的级联能量传递4. GSO:Ce, LSO:Ce在V

6、UV-UV激发下发光的温度效应28纳米发光材料纳米ZnS:Mn-高量子效率,快发光衰减 ms 10ns (缩短5个量级),具有反常特点(已被否定) 现研究的纳米材料: (1) 紫外激光: ZnO薄膜, ZnO颗粒(即其掺杂） (2)高效红光:Y2O3:Eu, Y2SiO5:Eu, Gd2SiO5:Eu (3)高效快闪烁体: Y2SiO5:Ce, Gd2SiO5:Ce (降低生成温度,熔点1600C , 2000C)29纳米ZnO紫外激光材料国际前沿的新热点 极强的商业背景1997, Science ”Will UV Lasers Beat the Blues”, 日本,香港1998, PRL(

7、Cao H.), 纳米份体中观察到 UV激光1999, 在美国召开首届国际ZnO专题会2001, Science等报导: 纳米线,带,棒 极强的自组装特性30Several special structure of ZnO: (a)nanobelt,(b)tetrapod-like crystals, (c)nanorods and (d)nanowires31Two different models of light amplification for (a)random system. and (b)order system. (a)(b)32纳米结构ZnO薄膜的UV激光发射 阈值240k

8、wcm-233Powder!ZnO纳米颗粒( 50nm)的UV激光发射34六角形结构(nm)晶面构成谐振腔 LasingZnO薄膜的微观结构35直流溅射法制备ZnO薄膜的AFM图36ZnO薄膜发光 UV带源于激子发光(本征); 绿带源于缺陷37UV带随激发密度超线性增长绿带是亚线性增长38 Fig.1 Emission spectra of ZnO film at different temperature, ex=195nmFig.2 Integrated intensities of 290 and 380 nm emission peaks at different temperatur

9、esFig.3 Suggested band structure of ZnO film39发射谱（ ex=195nm ）(a)： time-integrated(b)： fast time window (4-8ns) (c)： slow time window (20-160ns)abcZnO薄膜290、380nm发射的激发谱（T = 7K）。40Muffin-tin（FP-LMTO）方法计算所得ZnO价带的电子总态密度和Zn 4s，O 2p（三种不同取向轨道）左图，以及Zn 3d（五种不同取向轨道）的分态密度分布右图。41ZnO的能带结构及其光跃迁示意图42Fig. 2. Decay spectra of 290nm at 13K, 90K and 130K. ex=195nm.43ZnO单晶发光(无Lasing,上图); 薄膜发光(Lasing,下图)美国Wake Forest 大学测试结果44ZnO单晶与薄膜(USTC)的时间分辨光谱45ZnO薄膜样品(硅衬底，石英衬底)46结