Jump to content

Иттрий-алюминиевый гранат

(Перенаправлено с Cr-YAG )
Иттрий-алюминиевый гранат
Общий
Категория синтетический минерал
Формула
(повторяющаяся единица)
Y3Al5OY3Al5O12
Кристаллическая система Кубический
Идентификация
Цвет Обычно бесцветный, но может быть розовым, красным, оранжевым, желтым, зеленым, синим, фиолетовым.
Расщепление Никто
Перелом раковистый или неровный
шкала Мооса твердость 8.5
Блеск Стекловидное тело субадамантиновое
Удельный вес 4.5–4.6
Польский блеск Стекловидное тело субадамантиновое
Оптические свойства Одинарный преломляющий
Показатель преломления 1.833±0.010
Двойное лучепреломление Никто
Плеохроизм Никто
Дисперсия 0.028
Ультрафиолетовая флуоресценция Бесцветные камни - от инертного до умеренно-оранжевого цвета с длинной волной, от инертного до слабо-оранжевого цвета с короткой волной; голубые и розовые камни – инертны; желто-зеленые камни – очень насыщенный желтый цвет в длинных и коротких волнах и фосфоресцируют; зеленые камни - сильный красный на длинной волне, слабый красный на короткой волне
Ссылки [ 1 ]

Иттрий-алюминиевый гранат ( YAG , Y 3 Al 5 O 12 ) — синтетический кристаллический материал группы гранатов . Это кубическая иттрия фаза оксида алюминия , другими примерами являются YAlO 3 (YAP [ 2 ] ) в гексагональной или ромбической перовскитоподобной форме и моноклинный Y 4 Al 2 O 9 (YAM [ 3 ] ). [ 4 ]

Благодаря широкой оптической прозрачности, [ 5 ] Низкое внутреннее напряжение, высокая твердость, химическая и термостойкость, YAG используется для разнообразной оптики. [ 6 ] Отсутствие двойного лучепреломления (в отличие от сапфира) делает его интересным материалом для высокоэнергетических и мощных лазерных систем. Уровни лазерного повреждения ИАГ варьировались от 1,1 до 2,2 кДж/см. 2 (1064 нм, 10 нс). [ 7 ]

YAG, как гранат и сапфир , в чистом виде не используется в качестве лазерной среды. Однако после легирования соответствующим ионом YAG обычно используется в качестве основного материала в различных твердотельных лазерах . [ 8 ] Редкоземельные элементы, такие как неодим и эрбий, можно легировать в YAG в виде активных лазерных ионов, получая лазеры Nd:YAG и Er:YAG соответственно. ИАГ, легированный церием (Ce:YAG), используется в качестве люминофора в электронно-лучевых трубках и белых светодиодах , а также в качестве сцинтиллятора .

Драгоценный камень ИАГ

[ редактировать ]

ЯГ на период [ когда? ] использовался в ювелирном деле как имитатор бриллиантов и других драгоценных камней . Цветные варианты и их допинг-элементы включают: [ 1 ] 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 менять цвет. Критический угол АИГ составляет 33 градуса. YAG режется, как природный гранат , при этом полировка выполняется оксидом алюминия или алмазом (зернистость 50 000 или 100 000) на обычных полировальных кругах. YAG имеет низкую термочувствительность. [ 9 ]

Как синтетический драгоценный камень, ИАГ имеет множество сортовых и торговых названий, а также ряд неправильных названий. Синонимические названия включают: алексит , амамит , цирколит , диа-буд , диамит , диамогем , диамонайр , диамон , диамоник , диамонит , диамонте , диьяг , геминаир , гемонайр , кимберли , Линде имитированный алмаз , ниер-гем , регалаир , реплика , Сомерсет , Триамонд , ЯИГ и иттриевый гранат . Производство для торговли драгоценными камнями снизилось после появления синтетического фианита ; по состоянию на 1995 год производства было мало. [ 1 ] Некоторый спрос существует на синтетический гранат и на конструкции, в которых очень высокий показатель преломления фианита нежелателен. [ нужна ссылка ]

Сорта технического использования

[ редактировать ]
Лазерный стержень Nd:YAG диаметром 0,5 см.

Неодим - YAG ( Nd:YAG ) был разработан в начале 1960-х годов, а первый рабочий Nd:YAG-лазер был изобретен в 1964 году. Неодим-YAG является наиболее широко используемой активной лазерной средой в твердотельных лазерах и используется для всего. от маломощных лазеров непрерывного действия до мощных лазеров с модуляцией добротности (импульсных) с уровнями мощности, измеряемыми в киловаттах. [ 10 ] Теплопроводность Nd:YAG выше, а время жизни 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 сосредоточена при 807,5 нм и имеет ширину 1 нм. [ 11 ]

Большинство лазеров Nd:YAG излучают инфракрасный свет с длиной волны 1064 нм. глаза Свет этой длины волны довольно опасен для зрения, так как он может фокусироваться хрусталиком на сетчатку , но свет невидим и не вызывает мигательного рефлекса . Лазеры Nd:YAG также могут использоваться с с удвоением или утроением частоты кристаллами для получения зеленого света с длиной волны 532 нм или ультрафиолетового света с длиной волны 355 нм соответственно.

Концентрация легирующей примеси в обычно используемых кристаллах Nd:YAG обычно варьируется от 0,5 до 1,4 мольных процентов. Более высокая концентрация легирующей примеси используется для импульсных лазеров; более низкая концентрация подходит для лазеров непрерывного действия. Nd:YAG имеет розовато-фиолетовый цвет, при этом стержни с более легкими легированными добавками окрашены менее интенсивно, чем стержни с более тяжелыми легированными добавками. Поскольку его спектр поглощения узок, оттенок зависит от освещения, при котором он наблюдается.

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 Cr. 3+ легирующая добавка, а затем перенесена на Nd 3+ диполь-дипольным взаимодействием. [ 12 ] Этот материал был предложен для использования в лазерах с солнечной накачкой , которые могут стать частью спутниковой системы солнечной энергии . [ 13 ]

ИАГ, легированный эрбием ( Er:YAG ), представляет собой активную лазерную среду, генерирующую длину волны 2940 нм. Его полосы поглощения, подходящие для накачки, широки и расположены между 600 и 800 нм, что позволяет эффективно накачивать лампой-вспышкой. Используемая концентрация легирующей примеси высока: замещается около 50% атомов иттрия. Длина волны Er:YAG-лазера хорошо взаимодействует с водой и жидкостями организма, что делает этот лазер особенно полезным для использования в медицине и стоматологии; используется для лечения зубной эмали и в косметической хирургии. Er:YAG используется для неинвазивного мониторинга уровня сахара в крови . Механические свойства Er:YAG практически такие же, как у Nd:YAG. Er:YAG работает на длинах волн, при которых порог повреждения глаз относительно высок (поскольку свет поглощается до попадания на сетчатку ), хорошо работает при комнатной температуре и имеет высокую эффективность наклона . Er:YAG — розовый. [ 14 ]

YAG, легированный иттербием ( Yb:YAG ), представляет собой активную лазерную среду, генерирующую длину волны 1030 нм, с широкой полосой поглощения шириной 18 нм при 940 нм. [ 15 ] Это одна из наиболее полезных сред для мощных твердотельных лазеров с диодной накачкой . Используемые уровни легирующей примеси варьируются от 0,2% до 30% замещенных атомов иттрия. Yb:YAG имеет очень низкий фракционный нагрев, очень высокую эффективность наклона , [ 16 ] отсутствие поглощения или повышающего преобразования в возбужденном состоянии, высокая механическая прочность и высокая теплопроводность. Yb:YAG можно накачивать надежными InGaAs лазерными диодами на длине волны 940 или 970 нм.

Yb:YAG является хорошей заменой Nd:YAG с длиной волны 1064 нм в мощных приложениях, а его версия с удвоенной частотой 515 нм может заменить аргоновые лазеры 514 нм .

Неодим - церий с двойным легированием YAG ( Nd:Ce:YAG или Nd,Ce:YAG ) представляет собой активный материал лазерной среды, очень похожий на Nd:YAG. Добавленные атомы церия сильно поглощают ультрафиолетовую область и передают свою энергию атомам неодима, повышая эффективность накачки; результатом являются 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 у Nd:YAG. Материал обладает хорошей устойчивостью к повреждениям, вызванным УФ-излучением источника накачки, и низким порогом генерации . Обычно 1,1–1,4 % атомов Y замещено на Nd, а 0,05–0,1 % на Се.

гольмием - хромом - тулием Трижды легированный YAG ( Ho:Cr:Tm:YAG или Ho,Cr,Tm:YAG ) представляет собой активный лазерный материал с высокой эффективностью. Он излучает на длине волны 2080 нм и может накачиваться лампой-вспышкой или лазерным диодом. [ 17 ] Он широко используется в армии, медицине и метеорологии. Он хорошо работает при комнатной температуре, имеет высокую эффективность наклона и работает на длине волны, при которой порог повреждения глаз относительно высок. При диодной накачке полоса 785 нм для Tm 3+ можно использовать ион. [ 17 ] Другие основные полосы накачки расположены между 400 и 800 нм. Используемые уровни легирующей примеси составляют 0,35 ат.% Ho, 5,8 ат.% Tm и 1,5 ат.% Cr. Палочки имеют зеленый цвет, придаваемый хромом(III).

ИАГ, легированный тулием ( Tm:YAG ), представляет собой активную лазерную среду, работающую в диапазоне от 1930 до 2040 нм. Подходит для диодной накачки. Двухрежимный лазер Tm:YAG излучает две частоты, разделенные частотой 1 ГГц.

Кр 4+ :ИАГ

[ редактировать ]

YAG, легированный хромом (IV) ( Cr:YAG ), обеспечивает большое сечение поглощения в спектральной области 0,9–1,2 микрометра, что делает его привлекательным выбором в качестве пассивного модулятора добротности для лазеров, легированных неодимом. Полученные устройства являются полупроводниковыми, компактными и недорогими. Cr:YAG имеет высокий порог разрушения, 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 легирующих добавок 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, на основе Nd:YAG, Nd:YLF , Nd:YVO 4 и Yb:YAG.

Cr:YAG также может использоваться в качестве усиливающей среды для лазеров, 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. [ 18 ]

Cr:YAG был продемонстрирован в применении нелинейной оптики с самонакачкой в качестве ОВФ-зеркала в ​​«петлевом резонаторе» Nd:YAG. [ нужна ссылка ] Такое зеркало обеспечивает компенсацию как фазовых, так и поляризационных аберраций, наведенных в петлевой резонатор.

YAG, легированный диспрозием ( Dy:YAG ), представляет собой термочувствительный люминофор, используемый при измерении температуры. [ 19 ] Люминофор возбуждается лазерным импульсом и наблюдается его температурно-зависимая флуоресценция. :YAG чувствителен в диапазоне 300–1700 К. Dy [ 20 ] Люминофор можно наносить непосредственно на измеряемую поверхность или на конец оптического волокна . Он также был изучен в качестве однофазного белого люминофора в белых светодиодах с люминофорным преобразованием. [ 21 ]

YAG, легированный самарием ( Sm:YAG ), представляет собой термочувствительный люминофор, аналогичный Dy:YAG.

YAG, легированный тербием ( Tb:YAG ), представляет собой люминофор, используемый в электронно-лучевых трубках. Он излучает желто-зеленый цвет при длине волны 544 нм.

церием ИАГ, легированный (III) ( Ce:YAG или YAG:Ce ), представляет собой люминофор или сцинтиллятор в чистой монокристаллической форме с широким спектром применения. Он излучает желтый свет при воздействии синего или ультрафиолетового света или рентгеновских лучей. [ 22 ] Он используется в белых светодиодах в качестве покрытия на синем InGaN-диоде высокой яркости, преобразуя часть синего света в желтый, которые вместе затем кажутся белыми. Такое расположение дает далеко не идеальную цветопередачу . Выходная яркость уменьшается с увеличением температуры, что еще больше изменяет цветопередачу устройства. [ нужна ссылка ]

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 свет от зеленого (530 нм) до желто-зеленого (550 нм). При возбуждении электронами он практически не имеет послесвечения (время затухания 70 нс). Он пригоден для использования в фотоумножителях .

Ce:YAG используется в ПЭТ-сканерах , детекторах высокоэнергетического гамма-излучения и заряженных частиц , а также в экранах визуализации высокого разрешения для гамма-, рентгеновского , бета-излучения и ультрафиолетового излучения .

Ce:YAG может быть дополнительно легирован гадолинием .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с Геммологический институт Америки , Справочное руководство GIA по драгоценным камням, 1995 г., ISBN   0-87311-019-6
  2. ^ " ЯЛО
    3
    ; ДО ( ЯЛО
    3
    ht) Кристаллическая структура»
    . Springer Materials . Получено 23 декабря г.
    2019
  3. ^ " Ю
    4
    Ал
    2

    9
    ; YAM ( Y
    4
    Ал
    2

    9
    rt) Кристаллическая структура»
    . Springer Materials . Проверено 28 января 2020 г.
  4. ^ Сим, С.М.; Келлер, Калифорния; Мах, Ти (2000). «Фазовое образование в порошках алюмоиттриевых гранатов, синтезированных химическими методами». Журнал материаловедения . 35 (3): 713–717. Бибкод : 2000JMatS..35..713S . дои : 10.1023/А:1004709401795 . S2CID   92455146 .
  5. ^ Франта, Дэниел; Мурешан, Михай-Джордж (01 декабря 2021 г.). «Оптическая характеристика монокристалла иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) в широком спектральном диапазоне с помощью универсальной дисперсионной модели» . Оптические материалы Экспресс . 11 (12): 3930. Бибкод : 2021OMExp..11.3930F . дои : 10.1364/OME.441088 . ISSN   2159-3930 . S2CID   239534251 .
  6. ^ «Специальная оптика YAG (иттрий-алюминиевый гранат, оксид алюминия-иттрия Y3Al5O12)» . Найт Оптика . Проверено 15 марта 2022 г.
  7. ^ До, Бинь Т.; Смит, Арли В. (20 июня 2009 г.). «Пороги объемного оптического повреждения легированного и нелегированного кристаллического и керамического иттрий-алюминиевого граната» . Прикладная оптика . 48 (18): 3509–3514. Бибкод : 2009ApOpt..48.3509D . дои : 10.1364/AO.48.003509 . ISSN   0003-6935 . ПМИД   19543361 .
  8. ^ Калиски, Иегошуа (1997). «Хосты для твердотельных люминесцентных систем». В Ротмане, Стэнли Р. (ред.). Широкозонные люминесцентные материалы: теория и приложения: Теория и приложения . Springer Science & Business Media. ISBN  9780792398370 .
  9. ^ Райс, Эддисон. «Как распознать поддельный бриллиант: что на самом деле означают эти 13 тестов!» . Международное общество драгоценных камней . Проверено 15 февраля 2021 г.
  10. ^ В. Лупей, А. Лупей «Nd:YAG к 50-летию: еще предстоит учиться» Journal of Luminescent 2015, дои : 10.1016/j.jlumin.2015.04.018
  11. ^ «Кристалл ND:YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом)» . Красная Оптроника .
  12. ^ З. Дж. Кисс и Р. Дж. Прессли (1996). «Кристаллические твердотельные лазеры». Труды IEEE . 54 (10): 1236. doi : 10.1109/PROC.1966.5112 .
  13. ^ Сайки, Т; Имасаки, К; Мотокоши, С; Яманака, К; Фудзита, Х; Накацука, М; Идзава, Ю. (2006). «Дисковые керамические Nd/Cr:YAG лазеры с накачкой дуговой металлогалогенной лампой». Оптические коммуникации . 268 (1): 155. Бибкод : 2006OptCo.268..155S . дои : 10.1016/j.optcom.2006.07.002 .
  14. ^ Лев, Хаодун; Бао, Цзиньсяо; Чао, Луомэн; Сун, Сивэнь; Ань, Шэнли; Чжоу, Фен; Ван, Цинчун; Руан, Фэй; Чжан, Вэнь; Го, Вэньжун; Чжан, Юнхэ (2019). «Механизм создания керамики из красного циркония, легированной церием, полученной методом высокотемпературного восстановления» . Журнал сплавов и соединений . 797 : 931–939. дои : 10.1016/j.jallcom.2019.05.216 . S2CID   182269171 . Проверено 11 апреля 2022 г. Иттрий-алюминиевый гранат (YAG) является важным оптическим керамическим материалом, особенно с примесями Nd и Er, когда он имеет определенный цвет. Например, Er:YAG имеет розовый цвет, а Nd:YAG — светло-красновато-фиолетовый.
  15. ^ Грант-Джейкоб, Джеймс А.; Бичер, Стивен Дж.; Пасторский дом, Тина Л.; Хуа, Пин; Маккензи, Джейкоб И.; Шеперд, Дэвид П.; Исон, Роберт В. (01 января 2016 г.). «Планарный волноводный лазер Yb:YAG мощностью 115 Вт, изготовленный методом импульсного лазерного осаждения» (PDF) . Оптические материалы Экспресс . 6 (1): 91. Бибкод : 2016OMExp...6...91G . дои : 10.1364/ome.6.000091 . ISSN   2159-3930 .
  16. ^ Бичер, Стивен Дж.; Грант-Джейкоб, Джеймс А.; Хуа, Пин; Шеперд, Дэвид; Исон, Роберт В.; Маккензи, Джейкоб И. (30 октября 2016 г.). «Лазерные характеристики тонких пленок граната, легированного Yb, выращенных методом импульсного лазерного осаждения» . Лазерный конгресс 2016 (ASSL, LSC, LAC) . Оптическое общество Америки. стр. AM3A.3. дои : 10.1364/assl.2016.am3a.3 . ISBN  978-1-943580-20-0 .
  17. ^ Jump up to: а б Кехнер, Уолтер (2006). Твердотельная лазерная техника . Спрингер. п. 49. ИСБН  978-0-387-29094-2 .
  18. ^ Пашотта, Рюдигер. «Усиливающие среды, легированные хромом» . Энциклопедия лазерной физики и техники . РП Фотоника . Проверено 2 апреля 2011 г.
  19. ^ Севич, Драгутин (2021). «Измерение температуры с использованием монокристаллического люминофора YAG:Dy» . Европейский физический журнал Д. 75 (2): 56. Бибкод : 2021EPJD...75...56S . doi : 10.1140/epjd/s10053-021-00068-w . S2CID   234033077 . Проверено 20 апреля 2023 г.
  20. ^ Госс, LP; Смит, А.А.; Пост, Мэн (1989). «Поверхностная термометрия методом лазерно-индуцированной флуоресценции». Обзор научных инструментов . 60 (12): 3702–3706. Бибкод : 1989RScI...60.3702G . дои : 10.1063/1.1140478 .
  21. ^ Каррейра, JFC (2017). «YAG: Dy - люминофор на основе одиночного белого света, полученный методом синтеза горения в растворе». Журнал люминесценции . 183 : 251–258. Бибкод : 2017JLum..183..251C . дои : 10.1016/j.jlumin.2016.11.017 .
  22. ^ Г. Бласс и А. Бриль, «Новый люминофор для электронно-лучевых трубок с летающим пятном для цветных телевизоров», Appl. Физ. Письма., 11, 1967, 53-54. дои : 10.1063/1.1755025
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 904a87c0b1332b9e60638d662752a4ff__1717948680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/90/ff/904a87c0b1332b9e60638d662752a4ff.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Yttrium aluminium garnet - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)