Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«ЯГ» перенаправляется сюда. Код аэропорта ИАТА см. В муниципальном аэропорту Форт-Фрэнсис . О программе, спонсируемой YMCA, см. Молодежь и правительство YMCA .
Иттрий-алюминиевый гранат
Иттрий-алюминиевый гранат (синтетический драгоценный камень) 1.jpg
Общий
Категориясинтетический минерал
Формула
(повторяющаяся единица)		Y 3 Al 5 O 12
Кристаллическая системакубический
Идентификация
Цветобычно бесцветный, но может быть розовым, красным, оранжевым, желтым, зеленым, синим, фиолетовым
Расщеплениеникто
Переломот раковин до неровностей
Твердость по шкале Мооса8,5
Блескстекловидное тело в субадамантин
Удельный вес4,5 - 4,6
Польский блескстекловидное тело в субадамантин
Оптические свойстваОднократное преломление
Показатель преломления1,833 (+/- 0,010)
Двулучепреломлениеникто
Плеохроизмникто
Дисперсия0,028
Ультрафиолетовая флуоресценциябесцветные 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 в длинных и коротких волнах, фосфоресцирует; зеленые камни - сильный красный в длинной волне, слабый красный в короткой волне
Рекомендации[1]

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 [2] ) в гексагональной или орторомбической перовскитоподобной форме и моноклинный Y 4 Al 2 O 9 (YAM [3] ). [4]

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 как активные лазерные ионы, 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 [ править ]

В течение некоторого времени YAG использовался в ювелирных изделиях как имитатор алмаза и других драгоценных камней . Цветные варианты и их легирующие элементы включают: [1] зеленый ( хром ), синий ( кобальт ), красный ( марганец ), желтый ( титан ), фиолетовый ( неодим ), розовый и оранжевый. Как ограненные драгоценные камни они ценятся (как синтетические) за их чистоту, долговечность, высокий показатель преломления и дисперсию . Критический угол ИАГ составляет 33 градусов. YAG режет как натуральный гранат , с полировкой оксидом алюминия илиалмаз (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 несколько неправильных названий. К синонимичным названиям относятся: алексит , амамит , цирколит , диа-бутон , диамит , диамогем , диамонайр , диамон , диамоник , диамонит , диамонте , ди'яг , геминар , гемонаир , кимберли , имитированный алмаз Linde , ниер-гем , регалайр , реплик , Сомерсет, триамонд , ЯИГ и иттриевый гранат . Производство для торговли драгоценными камнями снизилось после введения синтетического фианита ; по состоянию на 1995 год производства было мало. [1] Существует некоторый спрос на синтетический гранат и на конструкции, в которых очень высокий показатель преломления кубического циркония нежелателен.

Технические разновидности [ править ]

Nd: YAG [ править ]

Основная статья: Nd: YAG-лазер
Nd: YAG лазерный стержень диаметром 0,5 см.

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. [5] Теплопроводность Nd: YAG выше, а время его флуоресценции примерно в два раза больше, чем у Nd: YVO 4.кристаллы, 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. [6]

Большинство Nd: YAG-лазеров 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 легким легированием менее интенсивно окрашены, чем стержни с более сильным легированием. Поскольку его спектр поглощения узок, оттенок зависит от света, при котором он наблюдается.

Nd: Cr: YAG [ править ]

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. [7] Этот материал был предложен для использования в лазерах с солнечной накачкой , которые могут быть частью спутниковой системы солнечной энергии . [8]

Er: YAG [ править ]

Основная статья: Er: YAG-лазер

Эрбия легированных ионами YAG ( Er: YAG ) является активной лазерной средой генерации на 2940 нм. Его полосы поглощения, подходящие для накачки, широкие и расположены между 600 и 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 жидкостями организма, 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, при которых порог повреждения глаз относительно высок (поскольку свет поглощается перед попаданием вretina ), хорошо работает при комнатной температуре и имеет высокую дифференциальную эффективность . Er: YAG бледно-зеленый.

Yb: YAG [ править ]

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. [9] Это одна из наиболее полезных сред для мощных твердотельных лазеров с диодной накачкой . Используемые уровни примеси варьируются от 0,2% до 30% замещенных атомов иттрия. Yb: YAG имеет очень низкую дробную нагрев, очень высокую эффективность наклона , [10] и не возбужденного состояния поглощение или преобразование с повышением частоты, высокой механической прочностью и высокой теплопроводностью. 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 [ править ]

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.

Ho: Cr: Tm: YAG [ править ]

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 2080 нм и может накачиваться лампой-вспышкой или лазерным диодом. [11] Он широко используется в военной сфере, медицине и метеорологии. Он хорошо работает при комнатной температуре, имеет высокую дифференциальную эффективность и работает на длине волны, на которой порог повреждения глаз относительно высок. При накачке диодом можно использовать полосу 785 нм для иона Tm 3+ . [11]Другие основные полосы накачки расположены между 400 и 800 нм. Используемые уровни примеси составляют 0,35 ат.% Ho, 5,8 ат.% Tm и 1,5 ат.% Cr. Стержни зеленого цвета, за счет хрома (III).

Tm: YAG [ править ]

Тулия легированных ионами YAG ( Tm: YAG ) является активной лазерной средой , которая действует между 1930 и 2040 нм. Подходит для диодной накачки. Двухмодовый Tm: YAG-лазер излучает две частоты, разделенные 1 ГГц.

Cr 4+ : YAG [ править ]

YAG ( Cr: YAG ), легированный хромом (IV), 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 может использоваться 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. Cr: YAG-лазер может генерировать ультракороткие импульсы (в фемтосекундном диапазоне) при накачке на длине волны 1064 нм лазером Nd: YAG. [12]

Cr: YAG был продемонстрирован в применении нелинейной оптики в качестве самонакачивающегося зеркала с ОВФ в «петлевом резонаторе» Nd: YAG. [ необходимая цитата ] Такое зеркало обеспечивает компенсацию фазовых и поляризационных аберраций, наведенных в петлевой резонатор.

Dy: YAG [ править ]

YAG, легированный диспрозием ( Dy: YAG ), представляет собой термочувствительный люминофор, используемый для измерения температуры. Люминофор возбуждается лазерным импульсом, и наблюдается его флуоресценция, зависящая от температуры. Dy: YAG чувствителен в диапазонах 300-1700 K . [13] 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. [14]

Sm: YAG [ править ]

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

Tb: YAG [ править ]

Тербий легированного ионами YAG ( Tb , YAG: ) представляет собой люминофор используется в электронно - лучевых трубках. Он излучает желто-зеленый цвет при 544 нм.

Ce: YAG [ править ]

YAG ( Ce: YAG или YAG: Ce ), легированный церием (III), 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. [15] Он используется в белых светодиодах в качестве покрытия на синем InGaN-диоде высокой яркости, преобразуя часть синего света в желтый, который вместе становится белым. Такое расположение дает далеко не идеальную цветопередачу . Яркость на выходе уменьшается с повышением температуры, что еще больше изменяет цветовой вывод устройства. [ необходима цитата ]

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 спада 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 .

См. Также [ править ]

  • Иттрий-железный гранат
  • Micro-Pulling-Down
  • Nd: YAG лазер
  • Er: YAG лазер

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Геммологический институт Америки , GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN  0-87311-019-6
  2. ^ " YAlO3; ЯП ( Яло3ht) Crystal Structure " . Springer Materials . Дата обращения 23 декабря 2019 ..
  3. ^ " Y4Al2О9; ЯМ ( Y4Al2О9rt) Crystal Structure " . Springer Materials . Дата обращения 28 января 2020 .
  4. ^ Sim, SM; Keller, KA; Мах, Т.И. (2000). «Фазообразование в порошках иттрий-алюминиевого граната, синтезированных химическими методами». Журнал материаловедения . 35 (3): 713–717. Bibcode : 2000JMatS..35..713S . DOI : 10,1023 / A: 1004709401795 .
  5. ^ В. Lupei, А. Lupei "Nd: YAG на его 50летии: Темменеечтобы узнать" Журнал люминесценции 2015, DOI : 10.1016 / j.jlumin.2015.04.018
  6. ^ "ND: кристалл YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом)" . Красная оптроника .
  7. ^ ZJ Поцелуй и RJ Прессли (1996). «Кристаллические твердотельные лазеры». Труды IEEE . 54 (10): 1236. DOI : 10.1109 / PROC.1966.5112 .
  8. ^ Сайки, Т; Imasaki, K; Мотокоши, S; Яманака, К; Fujita, H; Накацука, М; Идзава, Y (2006). "Дисковые керамические лазеры на Nd / Cr: YAG с накачкой дуговой металлогалогенной лампой". Оптика Коммуникации . 268 (1): 155. Bibcode : 2006OptCo.268..155S . DOI : 10.1016 / j.optcom.2006.07.002 .
  9. ^ Грант-Джейкоб, Джеймс А .; Бичер, Стивен Дж .; Parsonage, Tina L .; Хуа, Пинг; Маккензи, Джейкоб I .; Шеперд, Дэвид П .; Исон, Роберт У. (01.01.2016). «Планарный волноводный лазер на Yb: YAG мощностью 115 Вт, изготовленный методом импульсного лазерного напыления» (PDF) . Оптические материалы Экспресс . 6 (1): 91. Bibcode : 2016OMExp ... 6 ... 91G . DOI : 10.1364 / ome.6.000091 . ISSN 2159-3930 .  
  10. ^ Бичер, Стивен Дж .; Грант-Джейкоб, Джеймс А .; Хуа, Пинг; Пастырь, Дэвид; Исон, Роберт В .; Маккензи, Джейкоб И. (30 октября 2016 г.). «Лазерные характеристики тонких пленок Yb-граната, выращенных методом импульсного лазерного осаждения» . Лазерный конгресс 2016 (ASSL, LSC, LAC) . Оптическое общество Америки: AM3A.3. DOI : 10.1364 / assl.2016.am3a.3 . ISBN 978-1-943580-20-0.
  11. ^ a b Кехнер, Уолтер (2006). Твердотельная лазерная техника . Springer. п. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
  12. ^ Пашотта, Рюдигер. «Усиливающая среда, легированная хромом» . Энциклопедия лазерной физики и техники . RP Photonics . Проверено 2 апреля 2011 года .
  13. ^ Госс, LP; Смит, AA; Сообщение, ME (1989). «Термометрия поверхности методом лазерной флуоресценции». Обзор научных инструментов . 60 (12): 3702–3706. Bibcode : 1989RScI ... 60.3702G . DOI : 10.1063 / 1.1140478 .
  14. ^ Каррейра, JFC (2017). «Одиночный белый светоизлучающий люминофор на основе YAG: Dy, полученный путем синтеза горения в растворе». Журнал люминесценции . 183 : 251–258. Bibcode : 2017JLum..183..251C . DOI : 10.1016 / j.jlumin.2016.11.017 .
  15. ^ G. Blasse и A. Bril, "Новый люминофор для электронно-лучевых трубок с летающим пятном для цветных телевизоров", Appl. Phys. Lett, 11, 1967, 53-54 DOI : 10,1063 / 1,1755025