CN103805196B - 一种基于Ce:YAG晶片的复合结构及制作方法 - Google Patents

一种基于Ce:YAG晶片的复合结构及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Ce:YAG晶片的复合结构，包括Ce:YAG晶片及固定在所述Ce:YAG晶片上的红光发光层，同时还公开了该基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，形成一种可实现从绿光到红光宽波段发光的复合光学结构，在探测设备、照明器件领域具有广泛的应用。

Description

一种基于Ce:YAG晶片的复合结构及制作方法
技术领域
本发明涉及光学领域，特别涉及一种基于Ce:YAG晶片的复合结构及制作方法。
背景技术
铈离子掺杂的钇铝石榴石(Ce:Y3Al5O12或Ce:YAG)晶体是80年代出现的新型无机闪烁晶体，由于具有较高的光输出和较快的时间衰减常数等优点，在高能物理、核物理、影像核医学、工业在线检测以及照明等领域有着广泛的应用前景。除了具有相对较高的光输出(20000Ph/MeV)和较快的时间衰减(88ns/300ns)外，Ce:YAG闪烁晶体还具有较好的光脉冲区分γ线和α粒子能力，能发射与硅光二极管有效耦合的550nm荧光，能被435nm-470nm波段的蓝光激发并与之合成白光，以及具有YAG基质优良的物理化学等特征。同时Ce:YAG适合生长大尺寸晶体，切割加工工艺也相对简单，能加工成各种形状的晶片，应用前景相当广泛。
Ce:YAG晶片具有众多优良性能，但主发光峰位在525nm-550nm，峰宽约65-70nm，波长相对单一，在一些需要长波长探测或者照明的场合其效用有所降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，通过在Ce:YAG晶片表面增加红光发光层，形成一种可实现从绿光到红光宽波段发光的复合光学结构。
本发明提供一种基于Ce:YAG晶片的复合结构，包括Ce:YAG晶片及固定在所述Ce:YAG晶片上的红光发光层。
优选的，所述红光发光层的主发光峰在580nm～660nm范围内。
优选的，所述红光发光层为掺杂红光荧光粉的红光发光膜。
优选的，所述红光发光层还可以是掺杂红光荧光粉的透明胶体层。
优选的，所述红光发光层是掺杂红光发光中心的晶体、陶瓷或玻璃中的一种。
为解决上述问题，本发明还提供一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，包括以下步骤：
(1)通过提拉法、温度梯度法或者泡生法制作Ce:YAG晶片；
(2)对步骤(1)制得的Ce:YAG晶片切磨抛光得到所需尺寸的荧光晶片；
(3)在步骤(2)制得的荧光晶片上增加红光发光层。
优选的，所述步骤(3)中红光发光层为采用物理或化学气相沉积方法镀的红光发光膜。
优选的，所述步骤(3)中红光发光层为掺杂红光荧光粉的的透明胶体层。
优选的，所述步骤(3)中红光发光层为固定在荧光晶片上并掺杂稀土或者过渡金属红光发光中心的晶体、陶瓷或玻璃中的一种。
本发明中Ce:YAG晶片的发光波段为520nm-600nm，主峰位于525nm-550nm，红光发光层选择发光波段在580nm～660nm范围的荧光粉或者直接在基质中掺杂红光发光离子，两波段重合形成宽发光峰，从而实现从绿光到红光宽波段的发光。其中所选红光荧光粉多为Eu元素发光，发光衰减时间为微秒量级。
采用本发明方法制得一种基于Ce:YAG晶片的复合结构，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)成本低，加工方式多样，工艺简单。
2)光产额高，时间特性好，发射光谱宽，显色效果好。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图
图2是实施例1中镀Eu:Y2O3膜组合结构发光谱图
图3是实施例2中涂胶方式镀红光荧光粉膜组合结构发光谱图
图4是实施例3中硅胶贴合Eu:YAG晶片组合结构发光谱图
图5是实施例5中复合结构发光谱图
图6是实施例6中复合结构发光谱图
图中，1、Ce:YAG荧光晶片；2、红光发光层；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的示意图，其包括Ce:YAG晶片1及固定在所述Ce:YAG晶片1上的红光发光层2。
实施例1：
用溅射法镀Eu:Y2O3膜，首先准备粉末状Eu:Y2O3，其中Eu离子的摩尔浓度为0.2％，用压制的方法将其制备成块状靶材，将Eu:Y2O3靶材固定在镀膜机的阴极上，将通过提拉法制得的Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.3％)切磨抛光成所需的尺寸，把经过清洗的Ce:YAG晶片，固定在正对靶面的阳极上，然后将系统抽至高真空(10-3帕)后充入5帕的氩气，在阴极和阳极间加电压，开始镀膜，镀膜结束后再抽真空，然后充入氮气进行冷切，最后得到镀Eu:Y2O3红光发光膜的Ce:YAG晶片复合发光结构。
图2为实施例1镀Eu:Y2O3膜组合结构的发光谱图，从图中可以看出，镀Eu:Y2O3膜的组合结构具有500nm～700nm宽的发射光谱，能够实现从绿光到红光波段的发光。
实施例2：
涂胶方式镀红光荧光粉膜，在硅胶中加入0.05％重量百分比的红光荧光粉，搅拌均匀后，通过喷涂的方式均匀覆盖到Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.3％，Ce:YAG晶片通过温度梯度法制得)表面，然后在120℃烘烤3小时，胶固化后即得到镀红光荧光粉膜的Ce:YAG晶片复合发光结构。
图3是实施例2涂胶方式镀红光荧光粉膜组合结构发光谱图，从图中可以看出，涂胶方式镀红光荧光粉膜组合结构具有500nm～750nm宽的发射光谱，能够实现从绿光到红光波段的发光。
实施例3：
用硅胶贴合Eu:YAG晶片(其中Eu离子的摩尔浓度为0.2％，通过泡生法制得)与Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.5％，通过温度梯度法制得)，先对Ce:YAG晶片和Eu:YAG晶片进行表面抛光，使其具有良好的光洁度和平面度，将硅胶涂覆在Ce:YAG晶片表面，并覆盖上Eu:YAG晶片，在100℃烘烤3小时，然后缓慢冷却至室温，形成Ce:YAG和Eu:YAG晶片复合发光结构。
图4是实施例3硅胶贴合Eu:YAG晶片组合结构发光谱图，从图中可以看出，硅胶贴合Eu:YAG晶片组合结构具有500nm～700nm宽的发射光谱，能够实现从绿光到红光波段的发光。
实施例4：
通过热键合的方式将Eu:YAG晶片(其中Eu离子的摩尔浓度为0.2％，通过泡生法制得)与Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.5％，通过温度梯度法制得)进行贴合，先对Ce:YAG晶片和Eu:YAG晶片进行表面抛光，使其具有良好的光洁度和平面度；在室温下将两抛光面粘贴在一起，通过表面吸附的分子膜建立起氢键连接，完成室温光胶过程；放入热压装置，加温至1200℃，恒温4小时，然后缓慢冷却至室温，形成Ce:YAG和Eu:YAG晶片键合结构。
实施例5：
称取一定量红光荧光粉配入低熔点玻璃粉中，红光荧光粉占总重量百分比的0.045％，混合均匀，然后将玻璃粉覆盖在Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.5％，通过温度梯度法制得)上，将带玻璃粉的晶片放入密封的高温炉，并通入氮气作为保护气氛，设为一个大气压，以每小时200℃的速率升温至400℃，恒温20分钟，使玻璃粉充分熔融并与晶片紧密贴合，最后以每小时400℃的速率降至室温。形成Ce:YAG晶片和红光玻璃层复合发光结构。
图5是实施例5组合结构发光谱图，从图中可以看出，该复合结构具有500nm～725nm宽的发射光谱，能够实现从绿光到红光波段的发光。
实施例6：
用硅胶贴合Eu:YAG透明陶瓷片(其中Eu离子的浓度为0.3％，外购)与Ce:YAG晶片(其中Ce离子的摩尔浓度为0.5％，通过温度梯度法制得)，先对Ce:YAG晶片和Eu:YAG透明陶瓷片进行表面抛光，使其具有良好的光洁度和平面度，将硅胶涂覆在Ce:YAG晶片表面，并覆盖上Eu:YAG透明陶瓷片，在100℃烘烤3小时，然后缓慢冷却至室温，形成Ce:YAG晶片和Eu:YAG透明陶瓷片复合发光结构。
图6是实施例6组合结构发光谱图，从图中可以看出，该复合结构具有500nm～700nm宽的发射光谱，能够实现从绿光到红光波段的发光。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Ce:YAG晶片的复合结构，其特征在于：包括Ce:YAG晶片及固定在所述Ce:YAG晶片上的红光发光层。
2.根据权利要求1所述的基于Ce:YAG晶片的复合结构，其特征在于：所述红光发光层的主发光峰为580nm～660nm。
3.根据权利要求2所述的基于Ce:YAG晶片的复合结构，其特征在于：所述红光发光层为发红光的镀膜层。
4.根据权利要求2所述的基于Ce:YAG晶片的复合结构，其特征在于：所述红光发光层是掺杂红光荧光粉的透明胶体层。
5.根据权利要求2所述的基于Ce:YAG晶片的复合结构，其特征在于：所述红光发光层是掺杂红光发光中心的晶体、陶瓷或玻璃中的一种。
6.一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过提拉法、温度梯度法或者泡生法制作Ce:YAG晶片；
(2)对步骤(1)制得的Ce:YAG晶片切磨抛光得到所需尺寸的荧光晶片；
(3)在步骤(2)制得的荧光晶片上增加红光发光层。
7.根据权利要求6所述的一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中红光发光层为采用物理或化学气相沉积方法镀的红光发光膜。
8.根据权利要求6所述的一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中红光发光层为掺杂红光荧光粉的的透明胶体层。
9.根据权利要求6所述的一种基于Ce:YAG晶片的复合结构的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中红光发光层为固定在荧光晶片上并掺杂稀土或者过渡金属红光发光中心的晶体、陶瓷或玻璃中的一种。
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