Итриумско-алуминиумски гранат

Од Википедија — слободната енциклопедија
Итриумско-алуминиумски гранат
Податотека:File:Yttrium-aluminum garnet (synthetic gemstone) 1.jpg
Општо
Категоријасинтетички минерал
ФормулаY3Al5O12
Распознавање
БојаОбично безбоен, но може да биде розов, црвен, портокалов, жолт, зелен, виолетов
Кристален системCubic
ЦепливостNone
ПреломКонхоидно до нерамномерно
Цврстина на Мосовата скала8.5
СјајСтаклестото тело до субадамантин
Специфична тежина4.5–4.6
Измазнет сјајСтаклестото тело до субадамантин
Оптички својстваЕдинечно рефрактивно
Показател на прекршување1.833±0.010
Двојно прекршувањеNone
ПлеохроизамNone
Распрснување0.028
Улравиолетова флуоресценцијаБезбојни камења - инертни до умерени портокалови во долг бран, инертен до слабо портокалово во краток бран; сини и розови камења - инертни; жолто-зелени камења - многу силна жолта во долг и краток бран, исто така, фосфоресцира; зелени камења - силно црвено во долг бран, слабо црвено во краток бран
Наводи[1]

Итриумско-алуминиумски гранат (YAG, Y3Al5O12) — синтетички кристален материјал од групата гранат. Тоа е фаза на кубен итриум алуминиум оксид, а други примери се YAlO 3 (YAP [2] ) во хексагонална или ортохомбна форма слична на перовскит, и моноклинката Y4Al2O9 (YAM [3] ).[4]

Поради својата широка оптичка транспарентност,[5] низок внатрешен стрес, висока цврстина, отпорност на хемикалии и топлина, YAG се користи за различни оптика.[6] Неговиот недостаток на двојно прекршување (за разлика од сафирот) го прави интересен материјал за високоенергетски/високомоќни ласерски системи. Нивоата на ласерско оштетување на YAG се движат од 1,1 до 2,2 kJ/cm² (1064 nm, 10 ns).[7]

YAG, како гранат и сафир, нема употреба како ласерски медиум кога е чист. Меѓутоа, откако ќе се допингне со соодветен јон, YAG вообичаено се користи како материјал во различни ласери со цврста состојба.[8] Ретките земјени елементи како неодимиум и ербиум можат да се допираат во YAG како активни ласерски јони, давајќи Nd:YAG и Er:YAG ласери, соодветно. YAG допиран со цериум (Ce:YAG) се користи како фосфор во цевките со катодни зраци и бели диоди што емитуваат светлина, и како сцинтилатор.

Скапоцен камен YAG[уреди | уреди извор]

YAG за одреден период  се користел во накитот како симулант за дијаманти и други скапоцени камења. Обоените варијанти и нивните допинг елементи вклучуваат: зелена (хром), сина ( кобалт), црвена (манган), жолта (титаниум), сина/розова/виолетова (неодимиум, во зависност од изворот на светлина), розова и портокалова. Како фацетирани скапоцени камења тие се ценети (како синтетика) поради нивната јасност, издржливост, високиот индекс на рефракција и дисперзија, а понекогаш и својства како симулирање на својствата на александритот за промена на бојата. Критичниот агол на YAG е 33 степени. YAG сече како природен гранат, при што полирањето се изведува со алумина или дијамант (50.000 или 100.000 гриз) на вообичаени кругови за полирање. YAG има мала чувствителност на топлина.[9]

Како синтетички скапоцен камен, YAG има бројни сортни и трговски имиња, како и голем број погрешни имиња. Синонимните имиња вклучуваат: алексит, амамит, цирколит , дија-пупка, дијамит, дијамогем, дијамонар, дијамон, дијамоник, дијамонит, дијамонте , ди'јаг, геминаир, гемонер, кимберли, релимонд самерсет, тријамант, YAIG и итриум гранат. Производството за трговија со скапоцени камења се намалило по воведувањето на синтетичка кубна цирконија; Од 1995 имало мало производство. Постои одредена побарувачка како синтетички гранат, и за дизајни каде што не е пожелен многу висок индекс на рефракција на кубни циркони. 

Сорти за техничка употреба[уреди | уреди извор]

Nd:YAG[уреди | уреди извор]

Nd:YAG ласерска цевка со пречник од 0,5 cm.

Неодимиум - допинг YAG ( Nd:YAG ) бил развиен во раните 1960-ти, а првиот работен Nd:YAG ласер бил измислен во 1964 година. Неодимиум-YAG е најшироко користен активен ласерски медиум кај ласерите со цврста состојба, кој се користи за се, од ласери со континуирани бранови со мала моќност до ласери со висока моќност Q-префрлување (пулсова) со нивоа на моќност измерени во киловати.[10] Топлинската спроводливост на Nd:YAG е поголема и неговиот животен век на флуоресценција е околу двапати подолг од оној на кристалите Nd:YVO<sub id="mwig">4</sub>, но сепак не е толку ефикасна и е помалку стабилна, барајќи попрецизно контролирани температури. Најдобрата апсорпциона лента на Nd:YAG за пумпање на ласерот е центриран на 807,5 nm и е 1 nm широк.[11]

Повеќето Nd:YAG ласери произведуваат инфрацрвена светлина на бранова должина од 1064 nm. Светлината на оваа бранова должина е прилично опасна за видот, бидејќи може да се фокусира со леќата на окото на мрежницата, но светлината е невидлива и не го активира рефлексот на трепкање. Nd:YAG ласерите може да се користат и со кристали за удвојување на фреквенцијата или тројно зголемување на фреквенцијата, за производство на зелено светло со бранова должина од 532 nm или ултравиолетова светлина на 355 nm, соодветно.

Концентрацијата на допант кај најчесто користените Nd:YAG кристали обично варира помеѓу 0,5 и 1,4 моларни проценти. За импулсни ласери се користи повисока концентрација на допант; пониската концентрација е погодна за ласери со континуирани бранови. Nd:YAG е розово-виолетова, со посветло допирани прачки кои се помалку интензивно обоени од потешките допирани. Бидејќи неговиот спектар на апсорпција е тесен, нијансата зависи од светлината под која се набљудува.

Nd:Cr:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со неодимиум и хром ( Nd:Cr:YAG или Nd/Cr:YAG ) има одлики на апсорпција кои се супериорни во однос на Nd:YAG. Тоа е затоа што енергијата се апсорбира од широките појаси на апсорпција на допантот Cr 3+ и потоа се пренесува во Nd 3+ со дипол-дипол интеракции.[12] Овој материјал е предложен за употреба во ласери со соларна пумпа, кои би можеле да бидат дел од сателитски систем за сончева енергија.[13]

Er:YAG[уреди | уреди извор]

Ербиум YAG (Er:YAG) е активен ласерски медиум кој лазира на 2940 nm. Неговите ленти за апсорпција погодни за пумпање се широки и се наоѓаат помеѓу 600 и 800 nm, овозможувајќи ефикасно пумпање на светилката. Концентрацијата на допант што се користи е висока: околу 50% од атомите на итриум се заменети. Брановата должина на ласерот Er:YAG добро се спојува во водата и телесните течности, што го прави овој ласер особено корисен за употреба во медицината и стоматологијата; се користи за третман на забната глеѓ и во естетската хирургија. Er:YAG се користи за неинвазивно следење на шеќерот во крвта. Механичките својства на Er:YAG се во суштина исти како Nd:YAG. Er:YAG работи на бранови должини каде што прагот за оштетување на очите е релативно висок (бидејќи светлината се апсорбира пред да удри во мрежницата), работи добро на собна температура и има висока ефикасност на наклонот. Er:YAG е розова.[14]

Yb:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со јтербиум (Yb:YAG) е активен ласерски медиум кој лази на 1030 nm, со широк, 18 nm широка апсорпциона лента на 940 nm.[15] Тој е еден од најкорисните за ласери со цврста состојба со висока моќност со диоди. Користените нивоа на допант се движат помеѓу 0,2% и 30% од заменетите атоми на итриум. Yb:YAG има многу ниско фракционо загревање, многу висока ефикасност на наклон,[16] и нема апсорпција или конверзија на возбудена состојба, висока механичка сила и висока топлинска спроводливост. Yb:YAG може да се пумпа со сигурни InGaAs ласерски диоди на 940 или 970 nm.

Yb:YAG е добра замена за 1064 nm Nd:YAG во апликации со висока моќност, а неговата фреквенција е удвоена 515 nm верзијата може да ја замени 514 nm аргонски ласери.

Nd:Ce:YAG[уреди | уреди извор]

Двојно YAG со неодимиум - цериум ( Nd:Ce:YAG, или Nd,Ce:YAG ) е активен ласерски медиум многу сличен на Nd:YAG. Додадените атоми на цериум силно апсорбираат во ултравиолетовиот регион и ја пренесуваат својата енергија на атомите на неодимиум, зголемувајќи ја ефикасноста на пумпањето; резултатот е помала термичка дисторзија и поголема излезна моќност од Nd:YAG на исто ниво на пумпање. Ласирана бранова должина, 1064 nm, е исто како и за Nd:YAG. Материјалот има добра отпорност на оштетувања предизвикани од УВ од изворот на пумпата и низок праг на лазирање. Обично 1,1-1,4% од атомите на Y се заменуваат со Nd, а 0,05-0,1% со Ce.

Ho:Cr:Tm:YAG[уреди | уреди извор]

Холмиум - хром - тулиум тројно допиран YAG ( Ho:Cr:Tm:YAG, или Ho,Cr,Tm:YAG ) е активен ласерски медиум материјал со висока ефикасност. Таа трае во 2080 година nm и може да се пумпа со светилка или ласерска диода.[17] Широко се користи во војската, медицината и метеорологијата. Работи добро на собна температура, има висока ефикасност на наклон и работи на бранова должина каде што прагот за оштетување на очите е релативно висок. Кога се пумпа со диода, 785 nm опсег за Tm 3+ јон може да се користи.[17] Другите главни појаси на пумпата се наоѓаат помеѓу 400 и 800 nm. Користените нивоа на допант се 0,35 атом. % Ho, 5,8 атом. % Tm, и 1,5 во. % Cr. Прачките имаат зелена боја, пренесена од хром (III).

Tm:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со тулиум (Tm:YAG) е активен ласерски медиум кој работи помеѓу 1930 и 2040 година nm. Погоден е за пумпање со диоди. Ласерот со двоен режим Tm:YAG емитува две фреквенции разделени со 1 GHz.

Cr 4+ :YAG[уреди | уреди извор]

YAG со хром (IV) ( Cr:YAG ) обезбедува голем пресек на апсорпција во спектрален регион од 0,9-1,2 микрометри, што го прави атрактивен избор како пасивен Q-прекинувач за ласери со Nd. Добиените уреди се солидна состојба, компактни и евтини. Cr:YAG има висок праг на оштетување, добра топлинска спроводливост, добра хемиска стабилност, се спротивставува на ултравиолетовото зрачење и лесно се обработува. Ги заменува традиционалните Q-преклопни материјали како литиум флуорид и органските бои. Употребените нивоа на допант се движат помеѓу 0,5 и 3 проценти (молар). Cr:YAG може да се користи за пасивно Q-преклопување на ласери кои работат на бранови должини помеѓу 1000 и 1200 nm, како што се оние базирани на Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO <sub id="mw9w">4</sub> и Yb:YAG.

Cr:YAG може да се користи и како самиот медиум за ласерско засилување, произведувајќи прилагодливи ласери со излези прилагодливи помеѓу 1350 и 1550 nm. Ласерот Cr:YAG може да генерира ултракратки импулси (во опсегот на фемтосекунди) кога се пумпа на 1064 nm со Nd:YAG ласер.[18]

Cr:YAG е докажан во примената на нелинеарната оптика како само-пумпано фазно-конјугирана огледало во Nd:YAG „резонатор на јамка“.  Таквото огледало обезбедува компензација и на фазните и на поларизациските аберации индуцирани во резонаторот на јамката.

Dy:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со диспрозиум ( Dy:YAG ) е температурно чувствителен фосфор кој се користи за мерење на температурата. Фосфорот се возбудува со ласерски пулс и се забележува неговата флуоресценција зависна од температурата. Dy:YAG е чувствителен во опсег од 300–1700 K. [19] Фосфорот може да се нанесе директно на измерената површина или на крајот на оптичкото влакно. Проучен е и како еднофазен бел фосфор кој емитува светлина во бели диоди што емитуваат светлина конвертирани од фосфор.[20]

Sm:YAG[уреди | уреди извор]

Самариум YAG (Sm:YAG) е температурно чувствителен фосфор сличен на Dy:YAG.

Tb:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со тербиум (Tb:YAG) е фосфор кој се користи во цевките со катодни зраци. Емитира во жолто-зелена боја, на 544 nm.

Ce:YAG[уреди | уреди извор]

YAG со цериум (III) ( Ce:YAG или YAG:Ce) е фосфор или сцинтилатор кога е во чиста еднокристална форма, со широк опсег на намени. Емитира жолта светлина кога е изложена на сина или ултравиолетова светлина или на рендгенски зраци.[21] Се користи во бели диоди што емитуваат светлина како облога на сина InGaN диода со висока осветленост, претворајќи дел од сината светлина во жолта, кои заедно потоа се појавуваат како бело. Ваквиот распоред дава помалку од идеално прикажување на боите. Излезната осветленост се намалува со зголемување на температурата, што дополнително ја менува излезната боја на уредот. 

Ce:YAG исто така се користи во некои светилки со жива пареа како еден од фосфорите, често заедно со Eu:Y(P,V) O4 (итриум фосфат-ванадат). Исто така се користи како фосфор во цевките со катодни зраци, каде што емитира зелена боја (530 nm) до жолто-зелена (550 nm) светлина. Кога е возбуден од електрони, тој практично нема последен сјај (70 ns време на распаѓање). Погоден е за употреба во фотомултипликатори.

Ce:YAG се користи во ПЕТ скенери, високо-енергетско гама-зрачење и детектори на наелектризирани честички и екрани за сликање со висока резолуција за гама, х-зраци, бета зрачење и ултравиолетово зрачење .

Ce:YAG може дополнително да се допингува со гадолиниум.

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. ↑ Gemological Institute of America, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
  2. ↑ „YAlO3; YAP (YAlO3 ht) Crystal Structure“. Springer Materials. Посетено на 2019-12-23.
  3. ↑ „Y4Al2O9; YAM (Y4Al2O9 rt) Crystal Structure“. Springer Materials. Посетено на 2020-01-28.
  4. ↑ Sim, S.M.; Keller, K.A.; Mah, T.I. (2000). „Phase formation in yttrium aluminium garnet powders synthesized by chemical methods“. Journal of Materials Science. 35 (3): 713–717. Bibcode:2000JMatS..35..713S. doi:10.1023/A:1004709401795.
  5. ↑ Franta, Daniel; Mureșan, Mihai-George (2021-12-01). „Wide spectral range optical characterization of yttrium aluminum garnet (YAG) single crystal by the universal dispersion model“. Optical Materials Express (англиски). 11 (12): 3930. Bibcode:2021OMExp..11.3930F. doi:10.1364/OME.441088. ISSN 2159-3930.
  6. ↑ „Custom YAG (Yttrium Aluminium Garnet, Yttrium Aluminium Oxide Y3Al5O12) optics“. Knight Optical (англиски). Посетено на 2022-03-15.
  7. ↑ Do, Binh T.; Smith, Arlee V. (2009-06-20). „Bulk optical damage thresholds for doped and undoped, crystalline and ceramic yttrium aluminum garnet“. Applied Optics (англиски). 48 (18): 3509–3514. Bibcode:2009ApOpt..48.3509D. doi:10.1364/AO.48.003509. ISSN 0003-6935. PMID 19543361.
  8. ↑ Kalisky, Yehoshua (1997). „Hosts for Solid State Luminescent Systems“. Во Rotman, Stanley R. (уред.). Wide-Gap Luminescent Materials: Theory and Applications: Theory and Applications. Springer Science & Business Media. ISBN 9780792398370.
  9. ↑ Rice, Addison. „How to Spot a Fake Diamond: What These 13 Tests Really Mean!“. International Gem Society. Посетено на 2021-02-15.
  10. ↑ V. Lupei,, A. Lupei "Nd:YAG at its 50th anniversary: Still to learn" Journal of Luminescence 2015, doi:10.1016/j.jlumin.2015.04.018
  11. ↑ „ND:YAG crystal (neodymium doped yttrium aluminium garnet)“. Red Optronics.
  12. ↑ Z. J. Kiss and R. J. Pressley (1996). „Crystalline solid lasers“. Proceedings of the IEEE. 54 (10): 1236. doi:10.1109/PROC.1966.5112.
  13. ↑ Saiki, T; Imasaki, K; Motokoshi, S; Yamanaka, C; Fujita, H; Nakatsuka, M; Izawa, Y (2006). „Disk-type Nd/Cr:YAG ceramic lasers pumped by arc-metal-halide-lamp“. Optics Communications. 268 (1): 155. Bibcode:2006OptCo.268..155S. doi:10.1016/j.optcom.2006.07.002.
  14. ↑ Lv, Haodong; Bao, Jinxiao; Chao, Luomeng; Song, Xiwen; An, Shengli; Zhou, Fen; Wang, Qingchun; Ruan, Fei; Zhang, Wen (2019). „Development mechanism of Ce-doped red zirconia ceramics prepared by a high-temperature reduction method“. Journal of Alloys and Compounds. 797: 931–939. doi:10.1016/j.jallcom.2019.05.216. Посетено на 11 April 2022. Yttrium aluminum garnet (YAG) is an important optical ceramic material, especially when doped with Nd and Er, when it exhibits a specific color. For instance, Er:YAG is pink and Nd:YAG is a light reddish purple
  15. ↑ Grant-Jacob, James A.; Beecher, Stephen J.; Parsonage, Tina L.; Hua, Ping; Mackenzie, Jacob I.; Shepherd, David P.; Eason, Robert W. (2016-01-01). „An 115 W Yb:YAG planar waveguide laser fabricated via pulsed laser deposition“ (PDF). Optical Materials Express (англиски). 6 (1): 91. Bibcode:2016OMExp...6...91G. doi:10.1364/ome.6.000091. ISSN 2159-3930.
  16. ↑ Beecher, Stephen J.; Grant-Jacob, James A.; Hua, Ping; Shepherd, David; Eason, Robert W.; Mackenzie, Jacob I. (2016-10-30). „Laser Performance of Yb-doped-Garnet Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition“. Lasers Congress 2016 (ASSL, LSC, LAC) (англиски). Optical Society of America: AM3A.3. doi:10.1364/assl.2016.am3a.3. ISBN 978-1-943580-20-0.
  17. ↑ 17,0 17,1 Koechner, Walter (2006). Solid-state laser engineering. Springer. стр. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
  18. ↑ Празен навод (help)
  19. ↑ Goss, L.P.; Smith, A.A.; Post, M.E. (1989). „Surface thermometry by laser-induced fluorescence“. Review of Scientific Instruments. 60 (12): 3702–3706. Bibcode:1989RScI...60.3702G. doi:10.1063/1.1140478.
  20. ↑ Carreira, J. F. C. (2017). „YAG:Dy – Based single white light emitting phosphor produced by solution combustion synthesis“. Journal of Luminescence. 183: 251–258. Bibcode:2017JLum..183..251C. doi:10.1016/j.jlumin.2016.11.017.
  21. ↑ G. Blasse and A. Bril, "A new phosphor for flying-spot cathode-ray tubes for color televisions", Appl.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Итриумско-алуминиумски_гранат&oldid=5038357“