Methods and Measurement Systems in Photoelastic Analysis of Scintillating Crystals. PWO and LYSO crystals

The thesis is based on the crystal optics, and in particular on Photoelasticity. The previous works starts from the diffused light polariscope to implement new systems named laser Conoscopy and laser Sphenoscopy in direction parallel to the optic axis. These new techniques were studied deepen in order to introduce, as innovative contribution, an optimization from the measurement system to the data analysis point of view. Furthermore, was implemented, about these techniques, a new field of application, by creating the possibility of applying the Conoscopic and the Sphenoscopic analysis systems in direction orthogonal to the optic axis. The limitations of these techniques were therefore won, allowing analyses no longer confined to a specific crystallographic direction. To do this, specific mathematical models have been created, together with the new measurement and data analysis systems. Using these new developments as measurement techniques, was studied a new measurement system, that use monochromatic collimated polarized light in direction orthogonal to the optic axis, to investigate the non-coplanarity degree between the crystal surfaces. Going to the applications point of view, these new techniques was used to test and characterize a PWO from a pre-series, in order to implement what was discovered in the analysis of crystal quality. Furthermore, was evaluated piezo optic parameters and photoelastic constant in Tetragonal PWO, going to a deepen knowledge of this type of crystal. Moreover, was performed comparative analysis between Photoelastic measurements and timing properties measurements on LYSO samples, in order to find a correlation between these two aspects.

La tesi è basata sulla cristallografia ottica, e in particolare sulla Fotoelasticità. I lavori precedenti partono dal polariscopio a luce diffusa, per implementare nuovi sistemi chiamati Conoscopia e Sfenoscopia laser in direzione parallela all’asse ottico. Queste nuove tecniche sono state studiate in maniera approfondita al fine di introdurre, come contributo innovativo, un’ottimizzazione dal punto di vista del sistema di misurazione e dell’analisi dei dati. Inoltre, è stato implementato, riguardo queste tecniche, un nuovo campo di applicazione, creando la possibilità di applicare la Conoscopia e la Sfenoscopia in direzione ortogonale all’asse ottico. Le limitazioni di queste tecniche sono state quindi vinte, permettendo analisi non più confinate su una specifica direzione cristallografica. Per ottenere ciò, è stato creato uno specifico modello matematico, assieme con il nuovo sistema di misura e di analisi dei dati. Usando questi nuovi sviluppi come tecnica di misura, è stato sviluppato un nuovo sistema di misura, che usa luce polarizzata collimata e monocromatica in direzione ortogonale all’asse ottico, per misurare il grado di non complanarità tra le facce del cristallo. Andando al punto di vista delle applicazioni, queste nuove tecniche sono state usate peer testare un PWO da una pre-serie, al fine di implementare quanto scoperto nell’analisi della qualità del cristallo. Inoltre, sono stati valutati i parametri piezo ottici e la costante fotoelastica nel PWO tetragonale, andando verso una conoscenza più approfondita di questo tipo di cristallo. Più avanti, sono state condotte analisi comparative su campioni LYSO, tra le misure fotoelastiche e le proprietà di timing, al fine di trovare correlazioni tra questi due aspetti.