專利名稱：帶有閃爍光慢成分抑制濾光片的氟化鋇(BaF的制作方法
技術領域：
帶有閃爍光慢成分抑制濾光片的氟化鋇(BaF2)晶體，涉及氟化鋇晶體的鍍膜和改善晶體性能技術，適用于高能物理、核醫(yī)學、γ射線天文學、物理勘探。
背景技術：
1971年，F(xiàn)arukhi等人在對氟化鋇晶體發(fā)光特性的研究中發(fā)現(xiàn)，它受粒子激發(fā)后能發(fā)生峰值波長為325nm，衰減時間常數(shù)為0.63μs的磷光成分。1983年，Laval等人發(fā)現(xiàn)氟化鋇晶體另一發(fā)光成分，即衰減時間常數(shù)僅為600ps，發(fā)射峰為220和195nm的快分量，使氟化鋇成為目前已知的最快的閃爍體。同時它長期以來又被認為是最抗輻照的無機閃爍體，因此作為一種快速、耐輻照的閃爍體受到人們的重視。純氟化鋇晶體大約20％的發(fā)光分量為快分量，80％的發(fā)光分量為慢分量，慢分量在計數(shù)率為105以上時會出現(xiàn)堆積，嚴重影響快分量在高計數(shù)率中的應用，如能減輕這種由于慢分量引起的信號堆積，可很大地拓展氟化鋇(BaF2)晶體在超快探測領域的應用范圍。為此人們進行了許多研究，采取了許多改善的方法，以使能得到很好的效果。
第一種方法是采用只對快分量敏感的探測器，如采用光敏氣體TMAE?？旆至磕苁顾婋x，慢分量對它不起作用，但這種探測器制作技術要求高，量子效率也低。
采用日本Hamamatsu公司研制成功K-Cs-Te光陰極的光電倍增管，這種光電倍增管的量子效率在220nm處約為10％，在300nm處可降低至0.1％，能將慢閃爍信號壓低約50倍。
第二種方法是采用電子學快成形方法消除快成分信號。
第三種方法是對氟化鋇(BaF2)晶體進行改性，通過晶體本身來抑制慢分量。如加熱晶體以抑制氟化鋇(BaF2)晶體的慢成分。隨著溫度的升高，其慢分量強度逐漸減弱，而快分量強度不變，溫度接近100℃時的慢分量比室溫下的快分量減弱5倍。但探測器在這樣高的溫度下工作帶來許多困難，并且對高速要求的探測器來說，這抑制量還是不能達到要求的。
采用摻鑭抑制氟化鋇(BaF2)晶體的慢成分。1989年，Delft大學的Schotanus等人發(fā)現(xiàn)純晶體的熒光慢分量是由于自陷激子產生的輻射，當摻入La3+時，由于La3+俘獲電子將阻止自陷激子的產生，從而使閃爍光慢分量強度減弱。他們往氟化鋇晶體生長的配料中添加了一些LaF2，抑制了晶體中相應于325nm波長處的能級躍遷，然而采用摻鑭的方法雖能對慢成分進行抑制，但快慢成分抑制比也僅能達到6倍左右，而且對晶體的摻鑭不易進行，摻鑭量接近1％時，晶體易產生大的缺陷，表面產生皺紋，不易拋光處理，并且加工時因摻鑭而引起晶體損壞，就不可重復加工修復。

發(fā)明內容
為了得到具有良好抑制慢成分的氟化鋇(BaF2)晶體，本發(fā)明提出了通過鍍膜有效地提高氟化鋇(BaF2)晶體閃爍光成分抑制濾光片的氟化鋇(BaF2)晶體。
本發(fā)明根據(jù)氟化鋇(BaF2)晶體閃爍光發(fā)射要求，根據(jù)不同光學材料在相應光譜區(qū)域的特性，選擇適用于180nm-450nm波段的光學膜鍍膜材料。
根據(jù)光學濾光膜系的設計理論，借助于計算機計算，設計出在180-240nm波段具有高的透射，在240-450nm波段具有高的截止特性的光譜選擇性多層膜系。利用物理氣相沉積方法在氟化鋇(BaF2)晶體表面鍍覆具有光譜選擇性透射和抑制的多層光學濾光膜。
本發(fā)明氟化鋇晶體在鍍膜前，首先對晶體各平面及側面應拋光處理。而對于鍍膜面，要求拋光后表面粗糙度優(yōu)于20nm。鍍膜前，晶體的鍍膜面須用酒精+乙醚超聲清洗，并用脫脂棉擦凈表面，然后置于工件架上放入鍍膜機真空室中。鍍膜材料選用了氟化鎂(MgF2)，氧化鋁(Al2O3)及金屬鋁(Al)。氟化鎂(MgF2)，氧化鋁(Al2O3)材料在紫外波段有較好的光學透射特性，金屬鋁(Al)材料用于增強在氟化鋇晶體慢閃爍成分區(qū)域的反射和吸收作用，以提高膜系的快慢成分抑制比。鍍膜材料的純度須大于99.9％。利用光學膜系設計軟件設計膜系的結構及各層的厚度，設定膜系優(yōu)化的評價因子，對膜系進行優(yōu)化。當將真空室的壓強降低至6×10-4Pa后，利用鍍膜機內的電子槍加熱裝置對鍍膜材料進行加熱，使其汽化蒸發(fā)，從而在晶體表面上形成所需要的一層薄膜，交替地蒸發(fā)不同的材料，制備出具有超低閃爍光慢成分抑制的復合氟化鋇(BaF2)晶體，可得到設計所要求的膜系，鍍膜系層數(shù)為14層，其結構為Glass/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al/MgF2/air膜系的總厚度約為1μm。在實際使用中，根據(jù)設計要求對氟化鋇閃爍光快慢成分的抑制比的要求，可增加或減少膜系的層數(shù)。為保持氟化鋇晶體的性質不因加熱而受到影響，在鍍膜時應保持室溫條件，晶體在檢測完畢后放置于干燥缸內待用。
本發(fā)明的優(yōu)點是通過在氟化鋇(BaF2)晶體表面鍍覆光譜選擇性多層膜系，可以將晶體的閃爍光快慢成分比例由0.16提高到12.8，即多層光學膜系統(tǒng)對氟化鋇(BaF2)晶體的閃爍光快慢成分的抑制比達到80倍，遠高于光敏氣體TMAE、晶體中摻鑭的方法，也高于K-Cs-Te光陰極光電倍增管的方法。將多層光學濾光膜系直接鍍制在氟化鋇(BaF2)晶體表面，鍍膜系總厚度僅為1μm左右，結構緊湊，不增加任何體積。鍍制多層光學濾光膜系統(tǒng)采用純氟化鋇(BaF2)晶體，由于純的氟化鋇(BaF2)晶體相對于摻鑭的晶體容易拉制，成品率高，因此可以降低制作成本。在氟化鋇(BaF2)晶體上進行鍍膜，即使由于一些其它工藝制備原因引起晶體表面或光學多層膜系的損傷，還可以將氟化鋇(BaF2)晶體表面重新拋光再鍍膜，從而進一步提高晶體的成品率。膜系的設計采用常規(guī)的光學濾光膜設計方法，鍍膜設備是常規(guī)的電子束蒸發(fā)設備和濺射設備，設計方法成熟，制備方法可靠。


附圖是本發(fā)明實施例示意圖，其中附圖1.純氟化鋇晶體的閃爍光譜示意圖，附圖2.K-Cs-Te光陰極光電倍增管的量子效率示意圖示意圖，附圖3.摻鑭氟化鋇晶體的閃爍光譜示意圖，附圖4.本發(fā)明氟化鋇晶體結構示意圖，附圖5.本發(fā)明氟化鋇晶體的透射光譜示意圖，附圖6.本發(fā)明氟化鋇晶體閃爍光經(jīng)濾光后的光譜示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明氟化鋇晶體在鍍膜時，首先對晶體各平面及側面應拋光處理，而對于鍍膜面，拋光后表面粗糙度優(yōu)于20nm，開始鍍膜時，用酒精+乙醚對晶體的鍍膜面進行超聲清洗，并用脫脂棉將表面擦凈，然后把晶體置于工件架上放入鍍膜機真空室中，在鍍膜時保持室溫條件。鍍膜材料選用氟化鎂(MgF2)，氧化鋁(Al2O3)及金屬鋁(Al)，鍍膜材料的純度大于99.9％。利用光學膜系設計軟件設計膜系的結構及各層的厚度，并設定膜系優(yōu)化的評價因子，對膜系進行優(yōu)化，將真空室的壓強降低至6×10-4Pa后，利用鍍膜機內的電子槍加熱裝置對鍍膜材料進行加熱，使其汽化蒸發(fā)后在晶體表面上形成所需要的一層薄膜，交替地蒸發(fā)不同的鍍膜材料，鍍覆到晶體上，制備出具有超低閃爍光慢成分發(fā)射的復合氟化鋇(BaF2)晶體，鍍膜系層數(shù)為14層，其結構為Glass/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al/MgF2/air利用鍍制多層光學膜系統(tǒng)的方法，已鍍制了數(shù)塊晶體表面，平均快慢成分抑制比超過80倍。未鍍膜以及鍍覆了多層光學濾光膜系之后的氟化鋇(BaF2)晶體的透射光譜見附圖5和6所示。晶體鍍覆后，經(jīng)檢測完畢后放置于干燥缸內待用。
權利要求
1.帶有閃爍光慢成分抑制濾光片的氟化鋇(BaF2)晶體，其特征在于利用鍍膜機內的電子槍加熱裝置，在真空室、真空室的壓強降低至6×10-4Pa、保持室溫條件下，在氟化鋇(BaF2)晶體表面鍍覆由氟化鎂(MgF2)，氧化鋁(Al2O3)及金屬鋁(Al)組成的鍍覆材料，鍍覆層為14層，其結構為Glass/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al2O3/MgF2/Al/MgF2/Al/MgF2/air。
2.根據(jù)權利要求1所述的氟化鋇(BaF2)晶體，其特征在于鍍覆層根據(jù)設計要求對氟化鋇閃爍光快慢成分的抑制比的要求，可增加或減少膜系的層數(shù)。
全文摘要
帶有閃爍光慢成分抑制濾光片的氟化鋇(BaF
文檔編號C30B29/12GK1422992SQ0113901
公開日2003年6月11日 申請日期2001年12月3日 優(yōu)先權日2001年12月3日
發(fā)明者吳永剛, 顧牡, 陳玲燕, 曹二華 申請人:同濟大學