Szintillationskristall
(Unterirdische Lasergravur)
Szintillationsbasierte Detektoren, die pixelierte anorganische Kristallszintillatoren verwenden, sindweit verbreitet für die Partikel- und Strahlungserkennung, einschließlich inPositronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scanner.
Durch die Hinzufügung von lichtleitenden Eigenschaften zum Kristall wird die räumliche Auflösung des Detektorskann auf den Millimeterbereich verbessert werden, wodurch die Gesamtauflösung des Tomographen erhöht wird.
Allerdings ist die traditionelle Methode derphysikalisches Verpixelndie Kristalle sind einkomplexer, teurer und mühsamer Prozess. Zusätzlich sind der Packungsgrad und die Empfindlichkeit des Detektorskann beeinträchtigt werdenaufgrund derEs werden nicht funkelnde, reflektierende Materialien verwendet.
Sie können das Original-Forschungspapier hier ansehen. (Von ResearchGate)
Lasergravur unter der Oberfläche fürSzintillationskristall
Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung vonTechniken zur Lasergravur unter der Oberfläche (SSLE)für Szintillatorkristalle.
Durch Fokussierung eines Lasers im Inneren des Kristalls wird die erzeugte Wärmekann ein kontrolliertes Muster von Mikrorissen erzeugenDaswirken als reflektierende Strukturen, wodurch effektivlichtleitende Pixelohne dass eine physische Trennung erforderlich ist.
1. Es ist keine physikalische Pixelierung des Kristalls erforderlich,Reduzierung von Komplexität und Kosten.
2. Die optischen Eigenschaften und die Geometrie der reflektierenden Strukturen könnenpräzise gesteuert, wodurch die Gestaltung benutzerdefinierter Pixelformen und -größen ermöglicht wird.
3. Auslese- und Detektorarchitekturbleiben dieselben wie bei standardmäßigen Pixel-Arrays.
Lasergravurverfahren (SSLE) für Szintillatorkristalle
Der SSLE-Gravurprozess umfasstdie folgenden Schritte:
1. Das Design:
Simulation und Design dergewünschte Pixelarchitektur, einschließlichMaßeUndoptische Eigenschaften.
2. Das CAD-Modell:
Erstellung einesdetailliertes CAD-Modellder Mikrorissverteilung,basierend auf den SimulationsergebnissenUndSpezifikationen für die Lasergravur.
3. Beginnen Sie mit der Gravur:
Tatsächliche Gravur des LYSO-Kristalls mit dem Lasersystem,geführt durch das CAD-Modell.
SSLE-Entwicklungsverfahren: (A) Simulationsmodell, (B) CAD-Modell, (C) Graviertes LYSO, (D) Feldflutdiagramm
4. Ergebnisauswertung:
Bewertung der Leistung des gravierten Kristalls mit einemFlutfeldbildUndGaußsche Anpassungum die Pixelqualität und räumliche Auflösung zu beurteilen.
Untergrund-Lasergravur in 2 Minuten erklärt
DerUntergrund-Lasergravurtechnikfür Szintillatorkristalle bietet einetransformativer Ansatzzur Verpixelung dieser Materialien.
Durch die präzise Kontrolle der optischen Eigenschaften und der Geometrie der reflektierenden Strukturen ermöglicht diese Methodeermöglicht die Entwicklung innovativer Detektorarchitekturenmitverbesserte räumliche Auflösung und Leistung, alleohnedie Notwendigkeit einer komplexen und kostspieligen physischen Pixelierung.
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Unterirdische Lasergravur von Szintillationskristallen?
Ergebnisse für SSLE-Szintillationskristall
1. Verbesserte Lichtausbeute
Links: Übersicht über die Asymmetrie der gravierten Oberflächenreflexion (DOI).
Rechts: Pixelverschiebung DoI.
Der Vergleich der Impulse zwischenUnter der Oberfläche lasergravierte (SSLE) ArraysUndkonventionelle Arrayszeigt einedeutlich bessere Lichtausbeute für SSLE.
Dies liegt wahrscheinlich an derFehlen von Kunststoffreflektorenzwischen den Pixeln, was zu optischer Fehlanpassung und Photonenverlust führen kann.
Die verbesserte Lichtausbeute bedeutetmehr Licht bei gleicher Energie, SSLE ist eine wünschenswerte Eigenschaft.
2. Verbessertes Timing-Verhalten
Ein Bild eines Szintillationskristalls
Die Kristalllänge hat einenachteilige Auswirkungen auf das Timing, was für Anwendungen der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) von entscheidender Bedeutung ist.
Allerdingshöhere Empfindlichkeit von SSLE-Kristallenermöglicht die Verwendung vonkürzere Kristalle, diedas Zeitverhalten des Systems verbessern.
Simulationen haben auch gezeigt, dass verschiedene Pixelformen, wie sechseckig oder zwölfeckig,führen zu einer besseren Lichtführung und Timing-Leistung, ähnlich den Prinzipien von Glasfasern.
3. Kostengünstige Vorteile
Ein Bild eines Szintillatorkristalls
Im Vergleich zu monolithischen Blöcken ist der Preis von SSLE-Kristallenkann so niedrig sein wieein Drittelder Kostendes entsprechenden Pixelarrays, abhängig von den Pixelabmessungen.
Darüber hinaushöhere Empfindlichkeit von SSLE-Kristallenermöglichtdie Verwendung kürzerer Kristalle, wodurch die Gesamtkosten weiter gesenkt werden.
Die SSLE-Technik erfordert im Vergleich zum Laserschneiden eine geringere Laserleistung und ermöglichtkostengünstigere SSLE-Systemeim Vergleich zu Laserschmelz- oder -schneideanlagen.
Deranfängliche Investitionen in Infrastruktur und Schulungfür SSLE ist auch deutlich niedrigerals die Kosten für die Entwicklung eines PET-Detektors.
4. Designflexibilität und -anpassung
Der Prozess der Gravur von SSLE-Kristallen istnicht zeitaufwendig, mit einer ungefähren15 Minutenbenötigt, um ein 12,8 x 12,8 x 12 mm großes 3-Kristall-Array zu gravieren.
Derflexible Natur, Kosteneffizienz, Undeinfache Herstellung von SSLE-Kristallen, zusammen mit ihrenüberlegener Packungsanteil, kompensieren Sie dieetwas schlechtere räumliche Auflösungim Vergleich zu standardmäßigen Pixel-Arrays.
Nicht-konventionelle Pixelgeometrien
SSLE ermöglicht die Erforschung vonnicht-konventionelle Pixelgeometrien, wodurch die schillernden Pixelexakt abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen jeder Anwendung, wie etwa Kollimatoren oder die Abmessungen von Silizium-Photomultiplier-Pixeln.
Kontrollierte Lichtverteilung
Eine kontrollierte Lichtverteilung kann durch präzise Manipulation der optischen Eigenschaften der gravierten Oberflächen erreicht werden.Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung von Gammadetektoren.
Exotische Designs
Exotische Designs, wie Voronoi-Tessellationen, könnenleicht in monolithische Kristalle eingraviertDarüber hinaus kann eine zufällige Verteilung der Pixelgrößen die Einführung komprimierter Sensortechniken ermöglichen, die die Vorteile der umfassenden Lichtteilung ausnutzen.
Maschinen für die Laser-Innengravur
Das Herzstück der Subsurface-Laser-Erstellung liegt in der Lasergravurmaschine. Diese Maschinen nutzenein leistungsstarker grüner Laser, speziell entwickelt fürUnter der Oberfläche befindliche Lasergravur in Kristall.
DerEine und einzige LösungSie werden es jemals für die Lasergravur unter der Oberfläche brauchen.
Stützen6 verschiedene Konfigurationen
AusHobbyist im kleinen Maßstab to Großserienproduktion
Wiederholte Standortgenauigkeit at <10 μm
Chirurgische Präzisionfür 3D-Lasergravur
3D-Kristall-Lasergravurmaschine(SSLE)
Für die Lasergravur unter der Oberfläche,Präzision ist entscheidendfür die Erstellung detaillierter und komplizierter Gravuren. Der fokussierte Strahl des Laserspräzise interagiertmit der inneren Struktur des Kristalls,Erstellen des 3D-Bildes.
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Kompaktes Lasergehäusefür SSLE
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Schnelle Kristallgravurbis zu 3600 Punkte/Sekunde
Hervorragende Kompatibilitätim Design