基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体。解决了闪烁光的提取效率低及在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布，导致降低成像质量低的问题。该闪烁光纤采用在闪烁材料制成的光纤基体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减小，且第一空气孔的孔径大于中心处的第二空气孔孔径。孔径大于中心处的第二空气孔孔径。孔径大于中心处的第二空气孔孔径。

【技术实现步骤摘要】
基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体


[0001]本技术属于核探测及射线、快中子成像领域，具体涉及一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列及发光闪烁体。

技术介绍

[0002]闪烁探测系统在高能物理实验、核物理实验、核医学成像、天文探测、探矿测井、安检等领域都具有重要用途，往往涉及大科学工程或国家安全领域的重大需求。
[0003]闪烁体是闪烁探测系统中的核心功能材料，属于发光材料，可以吸收入射高能粒子(如电子、质子、中子、α粒子等)或高能光子(如X射线、γ射线)，并将其能量转换成近紫外光或可见光，随后通过光电探测器件如光电倍增管、光电二极管或CCD最终实现对入射粒子或射线的探测。探测系统对闪烁体的普遍要求包括高光产额、快衰减、发射波长与光电探测器响应匹配、稳定的物理化学性质和低成本，对于γ射线探测还需要高密度。
[0004]然而在实际应用中，由于无机闪烁体具有较高的折射率(约1.6～2.2)，在辐射致闪烁体发光时，闪烁体内部的闪烁光子在出射界面会产生全反射，导致大量光子被限制在闪烁体的内部无法出射，即使小于全反射角的光可以出射，但由于出射角覆盖整个空间，而探测器可能布置于某个方向，会导致大部分出射角度的光无法进入探测器而被浪费。同时，闪烁光在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布如果不对光束进行调控，其成像质量仍然得不到显著提高。因此，提高闪烁体的光输出并控制其出射的方向性，对传输过程进行调控，对提高探测系统的探测效率和灵敏度、以及成像的质量都具有重要意义。
[0005]其次，在具有宏观尺寸(毫米至厘米尺度)的发光闪烁体的应用中，由于闪烁体被激发后闪烁光在闪烁体界面处发生多次反射可能导致时间特性的弥散，从而会降低探测系统的时间分辨能力。

技术实现思路

[0006]为了解决闪烁光的提取效率低及在传播的过程中容易发散，传输模式呈高斯分布，导致降低成像质量低的问题，本技术提供一种基于微结构的闪烁光纤、光纤阵列。
[0007]同时，本技术还提供了一种基于微结构发光闪烁体，解决了发光闪烁体被激发后闪烁光在闪烁体界面处多次反射可能导致时间特性弥散和闪烁光出射效率低的问题。
[0008]本技术的具体技术方案如下：
[0009]一种基于微结构的闪烁光纤，用于提取和传输闪烁光，其改进之处在于：在闪烁材料制成的光纤基体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；
[0010]外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；
[0011]内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；
[0012]多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减小，且第一空气孔的孔径大于中心处的
第二空气孔孔径。
[0013]进一步地，上述多个第二空气孔的孔径由中心向外呈螺旋形逐渐梯度减小。
[0014]进一步地，上述规则的封闭图形为圆形或椭圆形或正多边形或矩形；
[0015]进一步地，上述第一空气孔和第二空气孔为圆形或椭圆形或正多边形或矩形。
[0016]进一步地，上述所有第一空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体；所有第二空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体。
[0017]进一步地，上述光纤基体采用无机闪烁体材料或塑料闪烁体材料。
[0018]同时，本技术还提供了一种基于微结构的闪烁光纤阵列，包括多个上述的闪烁光纤，多个闪烁光纤之间以及多个闪烁光纤外围设置有杂光及核辐射射线吸收隔离层。
[0019]进一步地，上述闪烁光纤阵列为正多边形或平行四边形或圆形。
[0020]另外，本技术还提供了一种基于微结构的发光闪烁体，用于激发出可见光，该闪烁体包括块体，其特征在于：所述块体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；
[0021]外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；
[0022]内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；
[0023]多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减少，且第一空气孔的孔径大于中心处的第二空气孔孔径；
[0024]所有第一空气孔和第二空气孔内均填充有比块体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或惰性气体。
[0025]进一步地，上述规则的封闭图形内部为圆形或椭圆形或正多边形或矩形；第一空气孔和第二空气孔为为圆形或椭圆形或正多边形或矩形；块体采用无机闪烁体材料或塑料闪烁体材料制成。
[0026]与现有技术相比，本技术的优点在于:
[0027]1、本技术通过在闪烁光纤基体上设置外层空气孔组及内层空气孔阵列，内层空气孔阵列中所有第二空气孔孔径由内向外呈梯度形逐渐减小，且均小于外层空气孔组的第一空气孔孔径，使得整个微结构光纤界面的空气孔部分折射率呈现低
‑
高
‑
低的分布，使得闪烁光在传输过程中限制在光纤或光纤阵列中，实现柔性封闭化传输，不易发散，同时实现光场的均匀调控。
[0028]2、本技术通过在发光闪烁体上设置外层空气孔组及内层空气孔阵列，内层空气孔阵列中所有第二空气孔孔径由内向外呈梯度形逐渐减小，且均小于外层空气孔组的第一空气孔孔径，该微结构的设计避免了发光闪烁体被激发后闪烁光在发光闪烁体界面处发生多次反射可能导致时间特性的弥散，从而降低探测系统的时间分辨能力的问题，同时解决了闪烁体内部的闪烁光子在出射界面会产生全反射，导致大量光子被限制在闪烁体的内部无法出射，导致闪烁光无法有效提取的问题。
[0029]3、本技术提出的闪烁光纤、光纤阵列可以实现闪烁光的可柔性弯曲传输，扩大应用场景，且成像质量和分辨率高。
附图说明
[0030]图1为本实施例的结构示意图。
[0031]图2为本实施例的折射率分布区域示意图。
[0032]图3为本实施例的光纤中闪烁光传输的模场图。
[0033]图4为中间为实心的光纤传输模场图。
[0034]图5为具有均匀空气孔微结构的光纤传输模场图。
[0035]图6为本实施例的光纤中光纤传输能量呈平坦分布的曲线图。
[0036]图7为空气孔呈螺旋结构光纤横截面微结构结构示意图。
[0037]图8为光纤按正六边形阵列排布的闪烁光纤阵列单体结构图。
[0038]图9为光纤按正方形阵列排布的闪烁光纤阵列单体结构图。
[0039]图10为通过拼接熔并拉伸后的闪烁光纤阵列结构图。
[0040]附图标记如下：
[0041]1‑
光纤基体、2
‑
外层空气孔组、3
‑
内层空气孔阵列、21
‑
第一空气孔、31
‑
第二空气孔、4
‑
闪烁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微结构的闪烁光纤，用于提取和传输闪烁光，其特征在于：在闪烁材料制成的光纤基体上开设有外层空气孔组及内层空气孔阵列；外层空气孔组由多个第一空气孔构成；将所有第一空气孔的中心连接后围成规则的封闭图形；内层空气孔阵列由多个第二空气孔构成，且所有第二空气孔均位于所述规则的封闭图形内部；多个第二空气孔的孔径由中心向外逐渐减小，且第一空气孔的孔径大于中心处的第二空气孔孔径。2.根据权利要求1所述的基于微结构的闪烁光纤，其特征在于：所述多个第二空气孔的孔径由中心向外呈螺旋形逐渐梯度减小。3.根据权利要求1所述的基于微结构的闪烁光纤，其特征在于：所述规则的封闭图形为圆形或椭圆形或正多边形或矩形。4.根据权利要求1所述的基于微结构的闪烁光纤，其特征在于：所述第一空气孔和第二空气孔为圆形或椭圆形或正多边形或矩形。5.根据权利要求3所述的基于微结构的闪烁光纤，其特征在于：所有第一空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体；所有第二空气孔内填充有比光纤基体材料折射率低的有机液体闪烁材料或者固体闪烁体材料或者惰性气体。6.根据权利要求1所述的基于微结构的闪烁光纤，其特征在于：光纤基体采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，孔德鹏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：