高ピクセル密度ガンマ線撮像向けの二重テーパー型ファイバーアレイ

光検出器、放射線撮像装置、発光ダイオードにおける発光強度は、発光層の厚さに比例する。しかし、厚い発光層では、インコヒーレントな光子の散乱や減衰によって、光出力が低下する。今回我々は、ファイバーの深さ方向に伝搬モードを徐々に増やしていくことによって、厚い発光層の光出力を大幅に増大できる二重テーパー型光ファイバーアレイの設計を提示する。光収集効率と撮像分解能を高めるために、各ファイバーの上部テーパー角は下部テーパー角よりも大きくなっている。マイクロメートルからセンチメートルの厚さスケールでファイバー基板をペロブスカイトナノ結晶で満たすことによって、大型かつピクセル密度の高いX線検出器アレイやガンマ線検出器アレイを作製できる。我々は、22 lp mm⁻¹の空間分解能でX線撮像を実証する。厚さ4 mmで約1万ピクセルのナノ結晶シンチレーター膜を用いたピクセル化ガンマ線撮像も、6 MeVの集束放射の下で実証されている。視野角150°の半球状ファイバーアレイ線量計を用いて、エネルギースペクトルの動的変化（5 keVから10 MeV）と線量率の動的変化（3.5 nGy s⁻¹から96 mGy s⁻¹）をうまくモニターできた。今回の研究は、生体分子や機械的な力のセンシング、医用イメージング、イオンビーム療法に応用できる可能性がある厚い発光層を作製するスループットの高い方法を提示している。