1、真空紫外(VUV)光譜 在發光材料中的應用國家同步輻射實驗室1VUV激發物理與固體能態研究寬禁帶半導體中受激發光（如ZnO）寬禁帶絕緣體的電子態（如CeF3、PbWO4、BaFBr:Eu）稀土離子的高激發態（GdLiF4:Eu）內層芯電子的激發（BaF2型）2 新型閃爍體研究進展BaF2 BaF2:Ce CeF3 PbWO4 Lu2SiO5:Ce3 閃爍體的發展受高能物理與核醫學發展的驅使引言、4HEP閃爍體的基本要求: 高密度 ( 6g/cm3) 高效率 ( 10ph/MeV) 快衰減 ( 106rad) 低成本 ( 2$/cm3)56BaF2用于超級超導對撞機SSC78醫用閃爍體的應用 X

2、-ray CT PETX射線閃爍體的主要特性9計算機斷層掃描（CT）的優點 CT的工作原理 10正電子發射斷層掃描（PET）工作原理閃爍體特性11發光機理 BaF2快發光的起源 CeF3發光中的能量損失通道 PWO的發光中心與動力學特性 GSO:Ce, LSO:Ce中的能量傳遞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不同溫度下CeF3晶體發光的激發譜CeF3晶體發光(340nm)的衰減曲線(T=350K)結果表明：290nm中心-340nm中心,Ce3+ 受缺陷干擾的Ce3+的能量傳遞16 PWO在4-150eV的激發譜 (400nm發射)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發光 的 強溫

4、度猝滅(三個量級)18(a) Pb-O 配位層EXAFS 函數 (b) W-O 配位層EXAFS函數點線：實驗結果；實線：擬合結果擬合結果1920PbWO4發光中心 的 觀點： 藍帶 （430nm帶），WO42-, Pb2+, 束縛激子 綠帶 （520nm帶），“WO3+F”，“WO42-+Oi” 紅帶 （610nm帶），VO， Pb3+“WO42-+Oi”綠光中心的主要依據： 實驗理論微結構（發射光譜） （能隙計算） （EXAFS）21Emission spectra of Ce3+ in the GSO:Ce under excitation with 189nm above RT: a)

5、372K, b)453K2223LSO:Ce發光的激發譜UV區有溫度猝滅，VUV區無溫度猝滅24單晶微晶VUV（178 nm）激發下LSO:Ce發光的溫度依賴（隨溫度升高，略有增強）。25單晶微晶VUV（178nm）激發下LSO:Ce發光衰減的溫度依賴26VUV和UV激發下發光過程的示意圖VUV激發基質激發 + 載流子傳輸 + 發射UV激發 發光中心直接激發 + 發射273. 提出了PbWO4綠光中心的新觀點，可能是“WO42-+Oi”（富氧），而不是“WO3+F”（缺氧）主要進展：1. 研究了BaF2型快發光的起源2. 發現了CeF3閃爍體的級聯能量傳遞4. GSO:Ce, LSO:Ce在V

6、UV-UV激發下發光的溫度效應28納米發光材料納米ZnS:Mn-高量子效率,快發光衰減 ms 10ns (縮短5個量級),具有反常特點(已被否定) 現研究的納米材料: (1) 紫外激光: ZnO薄膜, ZnO顆粒(即其摻雜） (2)高效紅光:Y2O3:Eu, Y2SiO5:Eu, Gd2SiO5:Eu (3)高效快閃爍體: Y2SiO5:Ce, Gd2SiO5:Ce (降低生成溫度,熔點1600C , 2000C)29納米ZnO紫外激光材料國際前沿的新熱點 極強的商業背景1997, Science ”Will UV Lasers Beat the Blues”, 日本,香港1998, PRL(

7、Cao H.), 納米份體中觀察到 UV激光1999, 在美國召開首屆國際ZnO專題會2001, Science等報導: 納米線,帶,棒 極強的自組裝特性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納米結構ZnO薄膜的UV激光發射 閾值240k

8、wcm-233Powder!ZnO納米顆粒( 50nm)的UV激光發射34六角形結構(nm)晶面構成諧振腔 LasingZnO薄膜的微觀結構35直流濺射法制備ZnO薄膜的AFM圖36ZnO薄膜發光 UV帶源于激子發光(本征); 綠帶源于缺陷37UV帶隨激發密度超線性增長綠帶是亞線性增長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發射譜（ ex=195nm ）(a)： time-integrated(b)： fast time window (4-8ns) (c)： slow time window (20-160ns)abcZnO薄膜290、380nm發射的激發譜（T = 7K）。40Muffin-tin（FP-LMTO）方法計算所得ZnO價帶的電子總態密度和Zn 4s，O 2p（三種不同取向軌道）左圖，以及Zn 3d（五種不同取向軌道）的分態密度分布右圖。41ZnO的能帶結構及其光躍遷示意圖42Fig. 2. Decay spectra of 290nm at 13K, 90K and 130K. ex=195nm.43ZnO單晶發光(無Lasing,上圖); 薄膜發光(Lasing,下圖)美國Wake Forest 大學測試結果44ZnO單晶與薄膜(USTC)的時間分辨光譜45ZnO薄膜樣品(硅襯底，石英襯底)46結