微量MgO掺杂对GAGG∶Ce晶体光学和闪烁性能的影响

摘要

共掺杂离子是优化晶体闪烁性能的重要手段之一,本文采用提拉法生长了GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,0.1%Mg晶体。通过测试硬度、透过率、X射线激发发射(XEL)谱和符合时间分辨率等方法研究了微量MgO掺杂对GAGG∶Ce光学及闪烁性能的影响。GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,Mg的维氏硬度平均值分别为1430 kg/mm^(2)和1420.4 kg/mm^(2),表明Mg^(2+)的掺杂几乎没有对GAGG∶Ce的硬度产生影响。XEL谱结果表明,共掺杂Mg^(2+)后GAGG∶Ce晶体的发光峰值波长约为540 nm,但5d_(1)→^(2)F_(5/2)及5d_(1)→^(2)F_(7/2)发射峰红移了12~24 nm,Mg^(2+)的引入可能改变了Ce^(3+)的5d1激发态向^(2)F_(5/2)和^(2)F_(7/2)跃迁几率分布。通过共掺杂Mg^(2+),发现尽管光产额由5.8×10^(8)lx/MeV(58000 ph/MeV)降低为4.15×10^(8)lx/MeV(41500 ph/MeV),但GAGG∶Ce,Mg符合时间分辨率得到了显著改善,达146 ps。此外,比较不同尺寸样品的光产额,发现GAGG∶Ce,Mg对闪烁发光的自吸收程度小于GAGG∶Ce。以上结果表明,微量MgO掺杂是优化GAGG∶Ce晶体闪烁性能的有效途径。