哈爾濱工程大學任晶教授團隊：稀土離子對近紅外玻璃閃爍體性能的優化研究

更新時間：2025-12-11

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近日，哈爾濱工程大學任晶教授團隊在近紅外閃爍玻璃領域取得重要進展。研究成果以“Assessment of Rare Earth Ion-doped Near-infrared Glass Scintillator"為題發表在國際知*期刊《Journal of Materials Chemistry C》上，并被選為熱點論文。哈爾濱工程大學為該論文*一單位，任晶教授/葉佳璇講師為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學研究或工業應用帶來一些靈感和啟發。

近紅外（NIR）閃爍玻璃憑借其優異的抗輻射損傷性能以及與光纖系統良好的兼容性等獨特優勢，在遠距離高劑量輻射探測領域展現出廣闊的應用前景。然而，當前對于其關鍵物性與光學參數如何影響近紅外閃爍性能的理解仍非常有限，亟待系統研究。

近日，任晶教授團隊從玻璃基質、發光中心（稀土離子）及其摻雜濃度三個維度出發，系統探究它們對近紅外閃爍玻璃基本物理、光學及閃爍性能的影響，旨在通過全面研究為未來近紅外閃爍玻璃性能優化奠定研究基礎。

圖1. （a）基于近紅外閃爍玻璃與光纖的遠程輻射探測示意圖；（b）部分稀土離子典型發射光譜及輻照損傷范圍。

圖2. 不同成分摻雜Er3+的玻璃的（a）密度、（b）拉曼光譜和（c）透射光譜，以及（d）摻雜多種稀土離子的碲酸鹽玻璃的透射光譜。

圖3. Er3+摻雜玻璃樣品在980 nm激光二極管激發下的（a）光致發光光譜和（c）衰減曲線；不同稀土離子摻雜的碲酸鹽玻璃樣品的（b）光致發光光譜和（d）衰減曲線。

圖4 (a)摻雜Er3+的玻璃、(b)摻雜不同稀土離子的碲酸鹽玻璃、(c)2 mol% Er3+摻雜碲酸鹽玻璃與ZBLAN玻璃的XEL光譜；(d)不同X射線劑量下Er3+摻雜碲酸鹽玻璃的XEL光譜（下y軸）及相應的積分XEL強度隨劑量變化曲線（上y軸）。

圖5. 在重復X射線輻照下，XEL光譜（下y軸）及對應積分XEL強度（上y軸）隨劑量在（a）300-750 nm和（b）1450-1650 nm范圍的變化曲線；（c）重復X射線輻照下的樣品照片；重復X射線輻照下的樣品在（d）200-800 nm和（e）1000-3000 nm范圍的透射光譜。

從一系列稀土離子摻雜氧化物玻璃中獲得了NIR-II（1000-1700 nm）的閃爍發光。其中，Er3+、Yb3+和Nd3+離子表現出*明顯的近紅外閃爍。與PL類似，XEL的強度與玻璃矩陣的聲子能量呈負相關，因此在具有最小聲子能量的亞硝酸鹽玻璃中觀察到*大的XEL。碲酸鹽玻璃的XEL積分強度是硼酸鹽玻璃的11倍。近紅外閃爍強度與照射劑量呈良好的線性關系（R2>0.998），且不受重復照射后玻璃色心引起的光暗化影響。與LYSO、BGO等閃爍晶體相比，閃爍玻璃在成本效益和光纖拉制與耦合方面具有優勢。總之，稀土離子摻雜碲酸鹽玻璃代表了近紅外閃爍體的一個新研究方向，在光纖系統中的遠程輻射檢測方面具有巨大潛力。

配置推薦：

文中近紅外閃爍玻璃的X射線激發發光（XEL）測試，采用的是閃爍體性能測試系統，配備X射線管。該設備組合可用于研究新型閃爍體材料的發光特性。下圖為任晶教授團隊使用的熒光光譜儀及相關設備，主要用于近紅外光電材料與器件的研究。

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