Иттрий-алюминиевый гранат - Yttrium aluminium garnet
Иттрий-алюминиевый гранат | |
---|---|
Общий | |
Категория | синтетический минерал |
Формула (повторяющаяся единица) |
Y 3 Al 5 O 12 |
Кристаллическая система | кубический |
Идентификация | |
Цвет | обычно бесцветный, но может быть розовым, красным, оранжевым, желтым, зеленым, синим, пурпурным |
Расщепление | никто |
Перелом | от раковин до неровностей |
Твердость по шкале Мооса | 8,5 |
Блеск | стекловидное тело в субадамантин |
Удельный вес | 4,5 - 4,6 |
Польский блеск | стекловидное тело в субадамантин |
Оптические свойства | Однократное преломление |
Показатель преломления | 1,833 (+/- 0,010) |
Двулучепреломление | никто |
Плеохроизм | никто |
Дисперсия | 0,028 |
Ультрафиолетовая флуоресценция | бесцветные камни - от инертного до умеренно оранжевого в длинной волне, от инертного до слабого оранжевого в короткой волне; голубые и розовые камни - инертны; желто-зеленые камни - очень ярко-желтый с длинной и короткой волной, фосфоресцирует; зеленые камни - ярко-красный в длинной волне, слабый красный в короткой волне |
Рекомендации |
Иттрий-алюминиевый гранат ( YAG , Y 3 Al 5 O 12 ) представляет собой синтетический кристаллический материал группы гранатов . Это кубическая фаза оксида алюминия иттрия , другими примерами являются YAlO 3 (YAP) в гексагональной или орторомбической, перовскитоподобной форме и моноклинный Y 4 Al 2 O 9 (YAM).
YAG, как гранат и сапфир , в чистом виде не используется в качестве лазерной среды. Однако после легирования подходящим ионом YAG обычно используется в качестве основного материала в различных твердотельных лазерах . Редкоземельные элементы, такие как неодим и эрбий, могут быть легированы в YAG в качестве активных лазерных ионов, что дает лазеры Nd: YAG и Er: YAG соответственно. Легированный церием YAG (Ce: YAG) используется в качестве люминофора в электронно-лучевых трубках и белых светодиодах , а также в качестве сцинтиллятора .
Драгоценный камень ЯГ
YAG какое-то время использовался в ювелирных изделиях как имитатор алмаза и других драгоценных камней . Цветные варианты и их легирующие элементы включают: зеленый ( хром ), синий ( кобальт ), красный ( марганец ), желтый ( титан ), синий / розовый / фиолетовый ( неодим , в зависимости от источника света), розовый и оранжевый. Как ограненные драгоценные камни они ценятся (как синтетические) за их чистоту, долговечность, высокий показатель преломления и дисперсию , а иногда и за такие свойства, как имитация свойства александрита изменять цвет. Критический угол ИАГ составляет 33 градусов. YAG режет как натуральный гранат , при этом полировка выполняется оксидом алюминия или алмазом (зернистость 50 000 или 100 000) на обычных полировальных кругах. YAG имеет низкую термочувствительность.
Как синтетический драгоценный камень YAG имеет множество разновидностей и торговых наименований, а также ряд неправильных названий. К синонимам относятся: алексит , амамит , цирколит , диа-бутон , диамит , диамогем , диамонаир , диамон , диамоник , диамонит , диамонте , ди'яг , геминар , гемонаир , кимберли , имитированный алмаз Linde , ниер-гем , регалайр , реплик , сомерсет , триамон , ЯИГ , иттриевый гранат . Производство для торговли драгоценными камнями снизилось после введения синтетического фианита ; по состоянию на 1995 год производства было мало. Некоторый спрос существует в качестве синтетического граната и для конструкций, в которых очень высокий показатель преломления кубического циркония нежелателен.
Технические разновидности
Nd: YAG
Неодим - легированный YAG ( Nd: YAG ) был разработан в начале 1960 - х годов, и первый рабочий Nd: YAG лазер был изобретен в 1964 году неодим-YAG является наиболее широко используемым активной лазерной средой в твердотельных лазерах , используются для всего от маломощных лазеров непрерывного действия до мощных лазеров с модуляцией добротности (импульсных) с уровнями мощности, измеряемыми в киловаттах. Теплопроводность Nd: YAG выше, а время его флуоресценции примерно в два раза больше, чем у кристаллов Nd: YVO 4 , однако он не так эффективен и менее стабилен, что требует более точного контроля температуры. Лучшая полоса поглощения Nd: YAG для накачки лазера с центром на 807,5 нм и шириной 1 нм.
Большинство лазеров на Nd: YAG излучают инфракрасный свет с длиной волны 1064 нм. Свет на этой длине волны довольно опасен для зрения, так как он может фокусироваться линзой глаза на сетчатку , но свет невидим и не вызывает мигательный рефлекс . Nd: YAG-лазеры также могут использоваться с кристаллами с удвоением или утроением частоты для получения зеленого света с длиной волны 532 нм или ультрафиолетового света с длиной волны 355 нм соответственно.
Концентрация примеси в обычно используемых кристаллах Nd: YAG обычно колеблется от 0,5 до 1,4 молярных процентов. Для импульсных лазеров используется более высокая концентрация легирующей примеси; более низкая концентрация подходит для лазеров непрерывного действия. Nd: YAG - розовато-пурпурный, при этом стержни с более легкими добавками имеют менее интенсивную окраску, чем стержни с более сильными добавками. Поскольку его спектр поглощения узок, оттенок зависит от света, при котором он наблюдается.
Nd: Cr: YAG
YAG, легированный неодимом и хромом ( Nd: Cr: YAG или Nd / Cr: YAG ), имеет характеристики поглощения, которые превосходят Nd: YAG. Это связано с тем, что энергия поглощается широкими полосами поглощения примеси Cr 3+, а затем передается Nd 3+ за счет диполь-дипольных взаимодействий. Этот материал был предложен для использования в лазерах с солнечной накачкой , которые могли бы стать частью спутниковой системы солнечной энергии .
Er: YAG
Эрбия легированных ионами YAG ( Er: YAG ) является активной лазерной средой генерации на 2940 нм. Его полосы поглощения, подходящие для накачки, широкие и находятся в диапазоне от 600 до 800 нм, что обеспечивает эффективную накачку импульсной лампой. Используемая концентрация легирующей примеси высока: замещается около 50% атомов иттрия. Длина волны лазера Er: YAG хорошо сочетается с водой и биологическими жидкостями, что делает этот лазер особенно полезным в медицине и стоматологии; он используется для лечения зубной эмали и в косметической хирургии. Er: YAG используется для неинвазивного контроля уровня сахара в крови . Механические свойства Er: YAG по существу такие же, как Nd: YAG. Er: YAG работает на длинах волн, где порог повреждения глаз относительно высок (поскольку свет поглощается до попадания на сетчатку ), хорошо работает при комнатной температуре и имеет высокую дифференциальную эффективность . Er: YAG бледно-зеленый.
Yb: YAG
Иттербий легированных ионами YAG ( Yb: YAG ) является активной лазерной среды лазерной генерации при 1030 нм, с широкой, 18 нм широкой полосы поглощения при 940 нм. Это одна из наиболее полезных сред для мощных твердотельных лазеров с диодной накачкой . Используемые уровни примеси составляют от 0,2% до 30% замещенных атомов иттрия. Yb: YAG имеет очень низкий фракционный нагрев, очень высокую дифференциальную эффективность , отсутствие поглощения возбужденного состояния или повышающего преобразования, высокую механическую прочность и высокую теплопроводность. Yb: YAG может накачиваться надежными лазерными диодами InGaAs на длине волны 940 или 970 нм.
Yb: YAG является хорошей заменой 1064 нм Nd: YAG в мощных приложениях, а его версия с удвоенной частотой 515 нм может заменить аргоновые лазеры с длиной волны 514 нм .
Nd: Ce: YAG
Неодима - церий дважды легированный YAG ( Nd: YAG Ce: или Nd, Ce: YAG ) является активным лазерной средой материала , очень похожего на Nd: YAG. Добавленные атомы церия сильно поглощают в ультрафиолетовой области и передают свою энергию атомам неодима, увеличивая эффективность накачки; в результате меньшие тепловые искажения и более высокая выходная мощность, чем у Nd: YAG, при том же уровне накачки. Длина волны генерации 1064 нм такая же, как для Nd: YAG. Материал обладает хорошей устойчивостью к повреждениям УФ-излучением от источника накачки и низким порогом генерации . Обычно 1,1–1,4% атомов Y замещаются на Nd, а 0,05–0,1% - на Ce.
Хо: Cr: Tm: YAG
Гольмиевый - хром - туллий тройного легированного YAG ( Ho: Cr , Tm: YAG , или Хо, Cr, Tm: YAG ) является активным лазерной средой материала с высокой эффективностью. Он излучает на длине волны 2080 нм и может накачиваться лампой-вспышкой или лазерным диодом. Он широко используется в военной сфере, медицине и метеорологии. Он хорошо работает при комнатной температуре, имеет высокую дифференциальную эффективность и работает на длине волны, при которой порог повреждения глаз относительно высок. При накачке диодом можно использовать полосу 785 нм для иона Tm 3+ . Другие основные полосы накачки расположены между 400 и 800 нм. Используемые уровни примеси составляют 0,35 ат.% Но, 5,8 ат.% Tm и 1,5 ат.% Cr. Стержни зеленого цвета, за счет хрома (III).
ТМ: ЯГ
Тулия легированных ионами YAG ( Tm: YAG ) является активной лазерной средой , которая действует между 1930 и 2040 нм. Подходит для диодной накачки. Двухрежимный лазер Tm: YAG излучает две частоты, разделенные интервалом 1 ГГц.
Cr 4+ : YAG
YAG, легированный хромом (IV) ( Cr: YAG ), обеспечивает большое сечение поглощения в спектральной области 0,9–1,2 мкм, что делает его привлекательным выбором в качестве пассивного переключателя добротности для лазеров, легированных неодимом. Полученные устройства являются твердотельными, компактными и недорогими. Cr: YAG имеет высокий порог повреждения, хорошую теплопроводность, хорошую химическую стабильность, устойчив к ультрафиолетовому излучению и легко обрабатывается. Он заменяет более традиционные материалы с модуляцией добротности, такие как фторид лития и органические красители . Используемые уровни примеси находятся в диапазоне от 0,5 до 3 процентов (молярных). Cr: YAG можно использовать для пассивной модуляции добротности лазеров, работающих на длинах волн от 1000 до 1200 нм, например лазеров на основе Nd: YAG, Nd: YLF , Nd: YVO 4 и Yb: YAG.
Cr: YAG может также использоваться как среда усиления лазера, создавая перестраиваемые лазеры с выходной мощностью, регулируемой в диапазоне от 1350 до 1550 нм. Лазер Cr: YAG может генерировать ультракороткие импульсы (в диапазоне фемтосекунд) при накачке на длине волны 1064 нм лазером Nd: YAG.
Cr: YAG был продемонстрирован в применении нелинейной оптики в качестве самонакачивающегося ОВФ -зеркала в «петлевом резонаторе» Nd: YAG. Такое зеркало обеспечивает компенсацию как фазовых, так и поляризационных аберраций, наведенных в петлевой резонатор.
Dy: YAG
YAG, легированный диспрозием ( Dy: YAG ), представляет собой чувствительный к температуре люминофор, используемый для измерения температуры. Люминофор возбуждается лазерным импульсом, и наблюдается его флуоресценция, зависящая от температуры. Dy: YAG чувствителен в диапазонах 300-1700 K . Люминофор можно наносить непосредственно на измеряемую поверхность или на конец оптического волокна . Он также был изучен как однофазный белый излучающий люминофор в белых светодиодах с преобразованием люминофора.
См: ЯГ
YAG, активированный самарием ( Sm: YAG ), представляет собой термочувствительный люминофор, подобный Dy: YAG.
Tb: YAG
Тербий легированного ионами YAG ( Tb , YAG: ) представляет собой люминофор используется в электронно - лучевых трубках. Он излучает желто-зеленый цвет при длине волны 544 нм.
Ce: YAG
YAG, легированный церием (III) ( Ce: YAG или YAG: Ce ), представляет собой люминофор или сцинтиллятор, когда он находится в чистой монокристаллической форме, с широким спектром использования. Он излучает желтый свет при воздействии синего или ультрафиолетового света или рентгеновских лучей. Он используется в белых светодиодах в качестве покрытия на синем диоде InGaN высокой яркости, преобразуя часть синего света в желтый, который вместе затем выглядит как белый. Такое расположение дает далеко не идеальную цветопередачу . Яркость на выходе уменьшается с повышением температуры, что еще больше изменяет цветовой вывод устройства.
Ce: YAG также используется в некоторых ртутных лампах в качестве одного из люминофоров, часто вместе с Eu: Y (P, V) O 4 (фосфат-ванадат иттрия). Он также используется в качестве люминофора в электронно-лучевых трубках , где он излучает зеленый (530 нм) и желто-зеленый (550 нм) свет. При возбуждении электронами практически не имеет послесвечения (время затухания 70 нс). Подходит для использования в фотоумножителях .
Ce: YAG используется в ПЭТ-сканерах , детекторах высокоэнергетического гамма-излучения и заряженных частиц , а также в экранах высокого разрешения для гамма-, рентгеновских лучей , бета-излучения и ультрафиолетового излучения .
Ce: YAG можно дополнительно допировать гадолином .