Abstract The aim of the present work was to investigate the absolute luminescence efficiency (AE) of a lutetium aluminum Lu3Al5O12:Ce (LuAG:Ce) garnet, doped with cerium, combined with various microelectronic optical sensors. Two LuAG:Ce samples, with dimensions of 5 × 5 × 10 and 10 × 10 × 10 mm3 were examined. The light emitted by the crystals, was evaluated by performing measurements of the AE using X-rays from 50 to 130 kV. The spectral compatibility of the LuAG:Ce crystal, with various existing optical detectors, was investigated after emission spectra measurements. Results were compared with previously published data for commercially available lutetium based and cerium doped crystals, such as, (Lu,Gd)2SiO5:Ce and Lu2SiO5:Ce, frequently used in medical imaging applications. Absolute efficiency was found maximum at 130 kVp for the 5 × 5 × 10 mm3 LuAG:Ce crystal (31.86 efficiency units-E.U). AE of the 10 × 10 × 10 mm3 LuAG:Ce crystal was found higher than both LGSO:Ce and LSO:Ce crystals (of equal dimensions). The emission spectrum of LuAG:Ce is excellent matched with the spectral sensitivities of photocathodes, charge coupled devices (CCD), non-passivated amorphous hydrogenated silicon photodiodes (a-Si:H) and complementary metal-oxide semiconductors (CMOS) microelectronic devices employed in radiation detection. Considering the higher luminescence efficiency values than currently used crystals and the spectral compatibility with the various photodetectors, LuAG:Ce single crystal could be considered for use in imaging detectors, such as, PET/CT scanners.

中文翻译：

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镥铝石榴石 (Lu3Al5O12:Ce) 的光谱效率与微电子光学传感器

摘要 本工作的目的是研究掺铈的镥铝 Lu3Al5O12:Ce (LuAG:Ce) 石榴石与各种微电子光学传感器的绝对发光效率 (AE)。检查了尺寸为 5 × 5 × 10 和 10 × 10 × 10 mm3 的两个 LuAG:Ce 样品。晶体发出的光通过使用 50 到 130 kV 的 X 射线测量 AE 来评估。在发射光谱测量后，研究了 LuAG:Ce 晶体与各种现有光学探测器的光谱兼容性。结果与之前公布的商业可用镥基和掺铈晶体的数据进行了比较，例如 (Lu,Gd)2SiO5:Ce 和 Lu2SiO5:Ce，经常用于医学成像应用。对于 5 × 5 × 10 mm3 LuAG:Ce 晶体（31.86 效率单位-EU），绝对效率在 130 kVp 时达到最大值。发现 10 × 10 × 10 mm3 LuAG:Ce 晶体的 AE 高于 LGSO:Ce 和 LSO:Ce 晶体（相同尺寸）。LuAG:Ce 的发射光谱与所采用的光电阴极、电荷耦合器件 (CCD)、非钝化非晶氢化硅光电二极管 (a-Si:H) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 微电子器件的光谱灵敏度非常匹配在辐射检测中。考虑到比目前使用的晶体具有更高的发光效率值以及与各种光电探测器的光谱兼容性，可以考虑将 LuAG:Ce 单晶用于成像探测器，例如 PET/CT 扫描仪。发现 10 × 10 × 10 mm3 LuAG:Ce 晶体的 AE 高于 LGSO:Ce 和 LSO:Ce 晶体（相同尺寸）。LuAG:Ce 的发射光谱与所采用的光电阴极、电荷耦合器件 (CCD)、非钝化非晶氢化硅光电二极管 (a-Si:H) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 微电子器件的光谱灵敏度非常匹配在辐射检测中。考虑到比目前使用的晶体具有更高的发光效率值以及与各种光电探测器的光谱兼容性，可以考虑将 LuAG:Ce 单晶用于成像探测器，例如 PET/CT 扫描仪。发现 10 × 10 × 10 mm3 LuAG:Ce 晶体的 AE 高于 LGSO:Ce 和 LSO:Ce 晶体（相同尺寸）。LuAG:Ce 的发射光谱与所采用的光电阴极、电荷耦合器件 (CCD)、非钝化非晶氢化硅光电二极管 (a-Si:H) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 微电子器件的光谱灵敏度非常匹配在辐射检测中。考虑到比目前使用的晶体具有更高的发光效率值以及与各种光电探测器的光谱兼容性，可以考虑将 LuAG:Ce 单晶用于成像探测器，例如 PET/CT 扫描仪。Ce 与用于辐射检测的光电阴极、电荷耦合器件 (CCD)、非钝化非晶氢化硅光电二极管 (a-Si:H) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 微电子器件的光谱灵敏度非常匹配。考虑到比目前使用的晶体具有更高的发光效率值以及与各种光电探测器的光谱兼容性，可以考虑将 LuAG:Ce 单晶用于成像探测器，例如 PET/CT 扫描仪。Ce 与用于辐射检测的光电阴极、电荷耦合器件 (CCD)、非钝化非晶氢化硅光电二极管 (a-Si:H) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 微电子器件的光谱灵敏度非常匹配。考虑到比目前使用的晶体具有更高的发光效率值以及与各种光电探测器的光谱兼容性，可以考虑将 LuAG:Ce 单晶用于成像探测器，例如 PET/CT 扫描仪。