通过镁共掺杂提高GAGG:Ce闪烁晶体的响应时间

摘要： 通过揭示皮秒时间尺度内非平衡载流子的动力学特性，研究了Gd3Al2Ga3O12:Ce闪烁晶体中导致发光响应时间的激发态Ce离子种群动态。采用光学泵浦-探测技术，通过选择性激发晶体的结构单元并探测随时间和光谱位置变化的诱导吸收。研究发现：由Gd离子空穴吸收和占据Ce离子第一激发态的电子（其内中心弛豫时间为500飞秒）共同导致的数皮秒级快速响应；非平衡电子在向发光Ce离子迁移过程中被基质捕获是激发态Ce离子种群慢成分的成因。实验证实即使Mg共掺杂低至10 ppm也能消除慢成分，该消除效应与符合时间分辨实验中响应速度的提升相关联，显示出GAGG:Ce,Mg在医疗和高能物理应用中的潜力。