Abstract In this paper, Φ 72 × 200 mm LYSO:Ce and Ca-codoped LYSO:Ce crystal boules were grown by the CZ method. The growth conditions were stabilized by controlling the rotation rate to maintain a slightly convex solid-liquid interface shape. Samples 3.9 × 3.9 × 20 mm in size were cut from the crystal boules along the growth direction. The inhomogeneities, including the components and the optical and the scintillation properties, of the as-grown and air-annealed samples were studied. The component analysis showed an increasing trend of Ce and Ca concentrations along the growth direction of the crystals. By combining the defect study of the samples, appropriate ranges of doping concentrations on high-quality LYSO crystal growth were determined. The optical properties, including the emission, excitation and absorption spectra, of the samples were investigated. The spectra indicated the differences of Vo defect, Ce1/Ce2 ratio and Ce4+ content in the samples, which can be related to the scintillation performances. Scintillation studies showed that light output and energy resolution vary greatly from top to bottom of the as-grown LYSO:Ce. These properties can be improved to achieve better uniformity by air annealing and Ca codoping. The light output can reach 106.6 % (relative to a standard sample) with a uniformity of ± 2.6 %, and the energy resolution can reach 9.4 % with a uniformity of ± 0.2 % for the air-annealed Ca-codoped LYSO:Ce samples. In conclusion, this paper describes some factors that will affect the scintillation inhomogeneity and can guide the growth of high-quality LSO/LYSO crystals.

中文翻译：

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通过 CZ 方法生长的 LYSO 晶锭在 PET 应用中的不均匀性研究

摘要 在本文中，Φ 72 × 200 mm LYSO:Ce 和Ca 共掺杂的LYSO:Ce 晶锭通过CZ 方法生长。通过控制旋转速率以保持略微凸出的固液界面形状来稳定生长条件。沿生长方向从晶锭上切下尺寸为 3.9 × 3.9 × 20 mm 的样品。研究了生长状态和空气退火样品的不均匀性，包括成分以及光学和闪烁特性。成分分析表明，Ce 和 Ca 浓度沿晶体生长方向呈增加趋势。通过结合样品的缺陷研究，确定了高质量 LYSO 晶体生长的适当掺杂浓度范围。光学特性，包括发射、激发和吸收光谱，的样品进行了调查。光谱表明样品中Vo缺陷、Ce1/Ce2比和Ce4+含量的差异，这可能与闪烁性能有关。闪烁研究表明，从生长的 LYSO:Ce 的顶部到底部，光输出和能量分辨率差异很大。可以通过空气退火和 Ca 共掺杂来改进这些特性以实现更好的均匀性。光输出可达106.6%（相对于标准样品），均匀度为±2.6%，空气退火Ca共掺杂LYSO:Ce样品的能量分辨率可达9.4%，均匀度为±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。样品中的 Ce1/Ce2 比和 Ce4+ 含量，这可能与闪烁性能有关。闪烁研究表明，从生长的 LYSO:Ce 的顶部到底部，光输出和能量分辨率差异很大。可以通过空气退火和 Ca 共掺杂来改进这些特性以实现更好的均匀性。光输出可达106.6%（相对于标准样品），均匀度为±2.6%，空气退火Ca共掺杂LYSO:Ce样品的能量分辨率可达9.4%，均匀度为±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。样品中的 Ce1/Ce2 比和 Ce4+ 含量，这可能与闪烁性能有关。闪烁研究表明，从生长的 LYSO:Ce 的顶部到底部，光输出和能量分辨率差异很大。可以通过空气退火和 Ca 共掺杂来改进这些特性以实现更好的均匀性。光输出可达106.6%（相对于标准样品），均匀度为±2.6%，空气退火Ca共掺杂LYSO:Ce样品的能量分辨率可达9.4%，均匀度为±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。闪烁研究表明，从生长的 LYSO:Ce 的顶部到底部，光输出和能量分辨率差异很大。可以通过空气退火和 Ca 共掺杂来改进这些特性以实现更好的均匀性。光输出可达106.6%（相对于标准样品），均匀度为±2.6%，空气退火Ca共掺杂LYSO:Ce样品的能量分辨率可达9.4%，均匀度为±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。闪烁研究表明，从生长的 LYSO:Ce 的顶部到底部，光输出和能量分辨率差异很大。可以通过空气退火和 Ca 共掺杂来改进这些特性以实现更好的均匀性。光输出可达106.6%（相对于标准样品），均匀度为±2.6%，空气退火Ca共掺杂LYSO:Ce样品的能量分辨率可达9.4%，均匀度为±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。对于空气退火的 Ca 共掺杂 LYSO:Ce 样品，能量分辨率可以达到 9.4%，均匀度为 ±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。对于空气退火的 Ca 共掺杂 LYSO:Ce 样品，能量分辨率可以达到 9.4%，均匀度为 ±0.2%。总之，本文描述了一些影响闪烁不均匀性的因素，可以指导高质量 LSO/LYSO 晶体的生长。