用于增强 X射线吸收、发射和时间分辨率的混合纳米光子 Scintillator
光学
2026-05-15 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
Scintillator 将介质射线转化为可见光子，使其能够应用于从宇宙射线探测到医学成像等应用。最近已分别演示了两种通过纳米规模加工改进 Scintillator 性能的独立策略：工程材料属性以增强介质射线吸收，以及集成纳米光子结构以增强自发发射速率（“纳米光子 Scintillator”）。本文提出一种同时增强初始能量转换和自发发射速率的纳米光子 Scintillator，通过周期性堆叠一种快速发射的 Scintillator 和一种强 X射线吸收（“阻挡层”）的可见光透明材料，以形成一种一维 (1D) 光子晶体 (PhC) Scintillator。阻挡层中的光电吸收增加了进入相邻 Scintillator 层中并贡献于 Scintillation 能量沉积的光子数。同时，光子结构本身也增强了自发发射速率。我们设计一种由有机 Scintillator 和铟锡氧化物 (ITO) 作为阻挡层组成的 1D PhC，并数值模拟其在 Scintillation 收益和衰减速率方面的增强。总检测光输出相对于等厚度的批量有机 Scintillator 增强了最高可达 700 倍。我们进一步研究了一种集成无机和有机 Scintillator 的 1D PhC 结构，用于时间飞行正电子断层扫描 (TOF-PET)：用非 Scintillating 阻挡层取代后者进一步增加光量产，与等厚度的批量无机 Scintillator 相比， coincident 时间分辨率 (CTR) 最多提高了 3.5 倍。我们的工作提出了一种统一的方法，在单个纳米光子结构中提高关键 Scintillation 参数。
关键词
引用
@article{arxiv.2605.14992,
title = {Hybrid Nanophotonic Scintillators for Enhanced X-ray Absorption, Emission, and Time Resolution},
author = {Seou Choi and Sachin Vaidya and Avner Shultzman and Charles Roques-Carmes and Ido Kaminer and Marin Soljačić},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.14992},
year = {2026}
}