Granat itrowo-glinowy - Yttrium aluminium garnet
| Granat itrowo-glinowy | |
|---|---|
_1.jpg) | |
| Generał | |
| Kategoria | syntetyczny minerał |
|
Formuła (jednostka powtarzalna) |
Y 3 Al 5 O 12 |
| System kryształów | sześcienny |
| Identyfikacja | |
| Kolor | zwykle bezbarwny, ale może być różowy, czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, fioletowy |
| Łupliwość | Żaden |
| Pęknięcie | od muszli do nierównych |
| Twardość w skali Mohsa | 8.5 |
| Połysk | szklisty do subadamantyny |
| Środek ciężkości | 4,5 - 4,6 |
| Polski blask | szklisty do subadamantyny |
| Właściwości optyczne | Pojedynczy refrakcyjny |
| Współczynnik załamania światła | 1,833 (+/- 0,010) |
| Dwójłomność | Żaden |
| Pleochroizm | Żaden |
| Dyspersja | .028 |
| Fluorescencja ultrafioletowa | kamienie bezbarwne - obojętne do umiarkowanie pomarańczowego na fali długiej, obojętne do słabego pomarańczowego na krótkiej fali; niebieskie i różowe kamienie - obojętne; kamienie żółto-zielone - bardzo mocne żółte w długich i krótkich falach również fosforyzujące; kamienie zielone - mocna czerwień w fali długiej, słaba czerwień w fali krótkiej |
| Bibliografia | |
Granat itrowo-glinowy ( YAG , Y 3 Al 5 O 12 ) jest syntetycznym materiałem krystalicznym z grupy granatów . Jest to regularna faza tlenku glinu itru , z innymi przykładami YAlO 3 (YAP) w postaci heksagonalnej lub rombowej, podobnej do perowskitu oraz jednoskośna Y 4 Al 2 O 9 (YAM).
YAG, podobnie jak granat i szafir , nie ma zastosowania jako medium laserowe, gdy jest czysty. Jednak po domieszkowaniu odpowiednim jonem YAG jest powszechnie stosowany jako materiał macierzysty w różnych laserach na ciele stałym . Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak neodym i erb, można domieszkować do YAG jako aktywne jony laserowe, uzyskując odpowiednio lasery Nd: YAG i Er: YAG . YAG z domieszką ceru (Ce: YAG) jest stosowany jako luminofor w lampach katodowych i diodach elektroluminescencyjnych białych oraz jako scyntylator .
Gemstone YAG
YAG przez pewien czas był używany w biżuterii jako diament i imitacja innych kamieni szlachetnych . Warianty barwne i ich pierwiastki domieszkowe to: zielony ( chrom ), niebieski ( kobalt ), czerwony ( mangan ), żółty ( tytan ), niebieski / różowy / fioletowy ( neodym , w zależności od źródła światła), różowy i pomarańczowy. Jako klejnoty fasetowane są one cenione (jako tworzywa sztuczne) ze względu na ich przejrzystość, trwałość, wysoki współczynnik załamania światła i dyspersję , a czasami właściwości, takie jak symulowanie właściwości zmieniającej kolor aleksandrytu . Kąt krytyczny z YAG 33 stopni. YAG tnie jak naturalny granat , z polerowaniem wykonanym z tlenku glinu lub diamentu (ziarnistość 50 000 lub 100 000) na zwykłych okrążeniach polerskich. YAG ma niską wrażliwość na ciepło.
Jako syntetyczny kamień szlachetny YAG ma wiele nazw odmianowych i handlowych, a także szereg błędnych nazw. Nazwy synonimiczne obejmują: alexite , amamite , circolite , Dia-bud , diamite , diamogem , diamonair , diamone , diamonique , diamonite , Dżety , di'yag , geminair , gemonair , Kimberly , Linde symulowane diamentu , nier-gem , regalair , Replique , somerset , triamond , YAIG i granat itru . Produkcja na handel kamieniami spadła po wprowadzeniu syntetycznego cyrkonu ; od 1995 r. produkcja była niewielka. Istnieje pewien popyt na syntetyczny granat i projekty, w których bardzo wysoki współczynnik załamania światła cyrkonu nie jest pożądany.
Odmiany do użytku technicznego
Nd: YAG
Neodymowy - domieszkowane YAG ( Nd: YAG ) powstał na początku 1960 roku, a pierwsza robocza Nd: YAG został wynaleziony w 1964 roku neodym-YAG jest najpowszechniej stosowanym aktywny średni laser w laserach półprzewodnikowych , używany do wszystkiego od laserów z falą ciągłą małej mocy do laserów z przełączaniem Q (impulsowych) o dużej mocy z poziomami mocy mierzonymi w kilowatach. Przewodność cieplna Nd: YAG jest wyższa, a żywotność fluorescencji jest około dwa razy dłuższa niż kryształów Nd: YVO 4 , jednak nie jest tak wydajna i jest mniej stabilna, co wymaga precyzyjniej kontrolowanych temperatur. Najlepsze pasmo absorpcyjne Nd: YAG do pompowania lasera jest wyśrodkowane przy 807,5 nm i ma szerokość 1 nm.
Większość laserów Nd: YAG wytwarza światło podczerwone o długości fali 1064 nm. Światło o tej długości fali jest raczej niebezpieczne dla wzroku, ponieważ może być skupione przez soczewkę oka na siatkówce , ale jest niewidoczne i nie wyzwala odruchu mrugania . Lasery Nd: YAG mogą być również używane z kryształami podwajającymi lub potrajającymi częstotliwość , do wytwarzania odpowiednio zielonego światła o długości fali 532 nm lub światła ultrafioletowego o długości 355 nm.
Stężenie domieszek w powszechnie stosowanych kryształach Nd: YAG zwykle waha się między 0,5 a 1,4 procent molowych. W przypadku laserów impulsowych stosuje się wyższe stężenie domieszek; niższe stężenie jest odpowiednie dla laserów z falą ciągłą. Nd: YAG jest różowawo-fioletowy, a pręty z domieszką jaśniejszej są mniej intensywnie zabarwione niż pręty z domieszką cięższą. Ponieważ jego widmo absorpcji jest wąskie, odcień zależy od światła, w którym jest obserwowany.
Nd: Cr: YAG
YAG domieszkowany neodymem i chromem ( Nd: Cr: YAG lub Nd / Cr: YAG ) ma lepsze właściwości absorpcyjne niż Nd: YAG. Dzieje się tak, ponieważ energia jest pochłaniana przez szerokie pasma absorpcyjne domieszki Cr 3+, a następnie przenoszona do Nd 3+ w wyniku oddziaływań dipol-dipol. Materiał ten został zasugerowany do wykorzystania w laserach pompowanych energią słoneczną , które mogłyby stanowić część systemu satelitarnego zasilanego energią słoneczną .
Er: YAG
Erb -doped YAG ( ER: YAG ) jest aktywny średniej lasera akcji laserowej przy 2940 nm. Pasma absorpcji odpowiednie do pompowania są szerokie i znajdują się w zakresie od 600 do 800 nm, co pozwala na wydajne pompowanie lampy błyskowej. Zastosowane stężenie domieszki jest wysokie: około 50% atomów itru jest zastąpionych. Długość fali lasera Er: YAG dobrze łączy się z wodą i płynami ustrojowymi, dzięki czemu laser ten jest szczególnie przydatny w medycynie i stomatologii; służy do leczenia szkliwa zębów oraz w chirurgii plastycznej. Er: YAG służy do nieinwazyjnego monitorowania poziomu cukru we krwi . Właściwości mechaniczne Er: YAG są zasadniczo takie same jak Nd: YAG. Er: YAG działa na długościach fal, w których próg uszkodzenia oczu jest stosunkowo wysoki (ponieważ światło jest absorbowane przed uderzeniem w siatkówkę ), działa dobrze w temperaturze pokojowej i ma wysoką wydajność nachylenia . Er: YAG jest bladozielony.
Yb: YAG
Iterb -doped YAG ( Yb: YAG ) jest aktywny średniej lasera akcji laserowej na 1030 nm, z szerokim, 18 nm, szerokie pasmo absorpcji przy 940 nm. Jest to jeden z najbardziej użytecznych mediów w laserach półprzewodnikowych pompowanych diodami dużej mocy . Zastosowane poziomy domieszek mieszczą się w zakresie od 0,2% do 30% zastąpionych atomów itru. Yb: YAG ma bardzo niskie ogrzewanie frakcyjne, bardzo wysoką wydajność nachylenia i brak absorpcji w stanie wzbudzonym lub konwersji w górę, wysoką wytrzymałość mechaniczną i wysoką przewodność cieplną. Yb: YAG można pompować niezawodnymi diodami laserowymi InGaAs przy 940 lub 970 nm.
Yb: YAG jest dobrym substytutem 1064 nm Nd: YAG w zastosowaniach o dużej mocy, a jego wersja o podwójnej częstotliwości 515 nm może zastąpić lasery argonowe 514 nm .
Nd: Ce: YAG
Neodym - cer, podwójnie domieszkowany YAG ( Nd: Ce: YAG lub Nd, Ce: YAG ) jest aktywnym medium laserowym bardzo podobnym do Nd: YAG. Dodane atomy ceru silnie absorbują w obszarze ultrafioletu i przekazują swoją energię atomom neodymu, zwiększając wydajność pompowania; Rezultatem jest mniejsze odkształcenie termiczne i wyższa moc wyjściowa niż Nd: YAG przy tym samym poziomie pompowania. Długość fali lasera 1064 nm jest taka sama jak dla Nd: YAG. Materiał charakteryzuje się dobrą odpornością na uszkodzenia wywołane promieniowaniem UV ze źródła pompy oraz niskim progiem laserowania . Zwykle 1,1–1,4% atomów Y jest zastępowanych przez Nd, a 0,05–0,1% przez Ce.
Ho: Cr: Tm: YAG
Holm - chrom - tul z potrójnie domieszkowanym YAG ( Ho: Cr: Tm: YAG lub Ho, Cr, Tm: YAG ) jest aktywnym medium laserowym o wysokiej wydajności. Działa przy 2080 nm i może być pompowany przez lampę błyskową lub diodę laserową. Jest szeroko stosowany w wojsku, medycynie i meteorologii. Działa dobrze w temperaturze pokojowej, ma wysoką wydajność nachylenia i działa na długości fali, w której próg uszkodzenia wzroku jest stosunkowo wysoki. W przypadku pompowania przez diodę można zastosować pasmo 785 nm dla jonu Tm 3+ . Inne główne pasma pomp znajdują się między 400 a 800 nm. Zastosowane poziomy domieszek wynoszą 0,35% atomowych Ho, 5,8% atomowych Tm i 1,5% at. Cr. Pręty mają kolor zielony, nadany chromowi (III).
Tm: YAG
Tul -doped YAG ( Tm: YAG ) jest aktywny średniej laserowa działa między 1930 a 2040 nm. Nadaje się do pompowania diod. Laser Tm: YAG pracujący w dwóch trybach emituje dwie częstotliwości oddzielone 1 GHz.
Cr 4+ : YAG
Chromu (IV), -doped YAG ( Cr: YAG ) stanowi duży przekrój absorpcji 0,9-1,2 mikrometrów w regionie widmowym, który sprawia, że jest on atrakcyjną alternatywę w biernej Q-switch ND domieszkowanych laserów. Powstałe w ten sposób urządzenia są półprzewodnikowe, kompaktowe i niedrogie. Cr: YAG ma wysoki próg uszkodzenia, dobrą przewodność cieplną, dobrą stabilność chemiczną, jest odporny na promieniowanie ultrafioletowe i jest łatwy w obróbce mechanicznej. Zastępuje bardziej tradycyjne materiały do przełączania Q, takie jak fluorek litu i barwniki organiczne . Zastosowane poziomy domieszek mieszczą się w zakresie od 0,5 do 3 procent (molowo). Cr: YAG może być używany do pasywnego przełączania Q laserów pracujących przy długościach fal od 1000 do 1200 nm, takich jak lasery oparte na Nd: YAG, Nd: YLF , Nd: YVO 4 i Yb: YAG.
Cr: YAG może być również używany jako środek wzmacniający laser, wytwarzając przestrajalne lasery z wyjściami regulowanymi w zakresie od 1350 do 1550 nm. Laser Cr: YAG może generować ultrakrótkie impulsy (w zakresie femtosekund), gdy jest pompowany przy 1064 nm przez laser Nd: YAG.
Cr: YAG został zademonstrowany w zastosowaniu optyki nieliniowej jako samo-pompującego się zwierciadła sprzężonego z fazą w „rezonatorze pętlowym” Nd: YAG. Takie zwierciadło zapewnia kompensację aberracji fazowych i polaryzacyjnych indukowanych w rezonatorze pętlowym.
Dy: YAG
Dysproz -doped YAG ( Dy: YAG ) jest wrażliwy na temperaturę luminoforu stosuje się pomiarów temperatury. Luminofor jest wzbudzany przez impuls laserowy i obserwowana jest jego fluorescencja zależna od temperatury. Dy: YAG jest wrażliwy w zakresach 300-1700 K . Luminofor można nanosić bezpośrednio na mierzoną powierzchnię lub na koniec światłowodu . Został również zbadany jako jednofazowy luminofor emitujący biały kolor w diodach elektroluminescencyjnych przekształconych w fosfor.
Sm: YAG
Samaru -doped YAG ( substrat: YAG ) jest wrażliwy na temperaturę luminoforu podobny do Dy: YAG.
Tb: YAG
YAG domieszkowany terbem ( Tb: YAG ) jest luminoforem używanym w lampach elektronopromieniowych. Emituje w kolorze żółto-zielonym, przy 544 nm.
Ce: YAG
Ceru (III), -doped YAG ( Ce: YAG lub YAG: Ce ) jest luminoforu lub scyntylator gdy w czystej pojedynczej krystalicznej postaci o szerokim zakresie zastosowań. Emituje żółte światło pod wpływem światła niebieskiego lub ultrafioletowego lub promieni rentgenowskich. Jest stosowany w białych diodach elektroluminescencyjnych jako powłoka na niebieskiej diodzie InGaN o wysokiej jasności, przekształcając część światła niebieskiego w żółte, które razem pojawiają się jako białe. Taki układ daje mniej niż idealne odwzorowanie kolorów . Jasność wyjściowa zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, dodatkowo zmieniając kolorystykę urządzenia.
Ce: YAG jest również stosowany w niektórych lampach rtęciowych jako jeden z luminoforów, często razem z Eu: Y (P, V) O 4 (fosforanowo-wanadanem itru). Jest również stosowany jako luminofor w lampach katodowych , gdzie emituje światło zielone (530 nm) do żółto-zielonego (550 nm). Pobudzony przez elektrony praktycznie nie ma poświaty (czas zaniku 70 ns). Nadaje się do stosowania w fotopowielaczach .
Ce: YAG jest stosowany w skanerach PET , wysokoenergetycznym promieniowaniu gamma i detektorach cząstek naładowanych oraz ekranach obrazujących o wysokiej rozdzielczości dla promieniowania gamma, promieni rentgenowskich , promieniowania beta i promieniowania ultrafioletowego .
Ce: YAG można dodatkowo domieszkować gadolinem .