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釔鋁石榴石

化合物

釔鋁石榴石(英語:yttrium aluminium garnet),簡稱YAG,分子式Y3Al5O12,為人工合成的透明石榴石。是钇铝复合材料的三相之一(其他两相为钇铝单斜晶体(YAM,Y4Al2O9)和钇铝钙钛矿(YAP,YAlO3))。相較於其他人工合成寶石,顏色較灰暗,但硬度較高,可用來切割。[2]

钇铝石榴石
基本資料
類別 合成宝石
化學式 Y3Al5O12
性質
顏色 通常无色,也有可能是粉色、红色、橘红色、黄色、绿色、蓝色或紫色
晶系 立方晶系
解理
斷口 贝壳状至参差状
硬度 8.5
光澤 玻璃光泽至半金属光泽
比重 4.5 - 4.6
光學性質 单折射
折射率 1.833 (+/- .010)
色散率 .028
參考文獻 美国宝石学学会英语Gemological Institute of America [1]

纯的钇铝石榴石不能用于激光媒质。但如果掺杂适当的离子,YAG可以被用作各种固体激光器的主要材料,如离子和离子(掺钕钇铝石榴石雷射掺铒钇铝石榴石雷射英语Er:YAG laser)。若掺杂,形成的含杂YAG可作阴极射线管磷光体发光二极管闪烁体探测器

各种含杂钇铝石榴石的简介编辑

Nd:YAG编辑

 
直径为0.5cm的Nd:YAG激光棒

掺钕钇铝石榴石雷射(Nd:YAG)相关技术于20世纪60年代逐步臻于成熟,1964年,首个Nd:YAG激光器出现。如今,Nd:YAG是应用最广泛的激光器激活激光媒质英语Active laser medium,从低功率连续激光器到Q开关(巨脉冲发生器),无所不包。[3]相较于掺钕原钒酸盐钇英语neodymium doped yttrium orthovanadate(Nd:YVO4)晶体,Nd:YAG晶体有高热导率、荧光时长长(约为Nd:YVO4的两倍)等优点,但效率和稳定性比较差,需要精确的温度控制。最优良的激光用Nd:YAG吸收带为807.5nm±1nm。[4]

大多数Nd:YAG激光器产生波长为1064nm左右的红外光。该频段的波长为视力损害极大,但这种光并不会触发角膜反射,且不可见,因此比较危险。Nd:YAG可以与二次或三次谐波发生晶体(参见二次谐波英语Second-harmonic generation)搭配使用,分别可以生成波长为532nm的绿色光和波长为355nm的紫外光

通常掺杂的钕的浓度为0.5-1.4摩尔百分比,一般浓度高的用于产生脉冲光,浓度低的用于产生连续激光。Nd:YAG略带桃紫色,掺杂的钕含量越高,颜色越明显。但由于Nd:YAG的吸收光谱比较狭窄,照明光源的颜色会影响Nd:YAG的具体呈色。

Nd:Cr:YAG编辑

掺钕和铬的钇铝石榴石(Nd:Cr:YAG或Nd/Cr:YAG)的光谱吸收特征比Nd:YAG更加优异。这是由于能量首先被吸收光谱更广泛的Cr3+吸收,再通过偶记相互作用传递给Nd3+[5]Nd:Cr:YAG可以制造太阳光泵浦激光器英语Solar-pumped laser,很有可能会被用于将来的太空太阳能系统上。[6]

Er:YAG编辑

掺鉺的钇铝石榴石(Er:YAG)是发出2940nm波长光的良好激光媒质。

Yb:YAG编辑

Nd:Ce:YAG编辑

Ho:Cr:Tm:YAG编辑

Tm:YAG编辑

Cr4+:YAG编辑

Dy:YAG编辑

摻鏑釔鋁柘榴石(Dy:YAG)是對溫度相當敏感的磷光體,被用於溫度量測方面的用途。這種磷光體遭到雷射脈衝激發時,會隨不同溫度發出不同螢光。摻鏑釔鋁柘榴石的溫度感測範圍大概是300-1700K。[7]這種磷光體可以直接量測物體表面的溫度或接在光纖末端進行量測。除此之外,摻鏑釔鋁柘榴石還被研究用來當作磷光轉換白光發光二極體(pc-WLED)中的單相白光發光磷光體。[8]

Sm:YAG编辑

摻釤釔鋁柘榴石(Sm:YAG)是對溫度相當敏感的磷光體,性質與用途類似摻鏑釔鋁柘榴石(Dy:YAG)。

Tb:YAG编辑

摻鋱釔鋁柘榴石(Tb:YAG)是一種磷光體,常用於陰極射線管中。它會發出波長544nm的黃綠色光。

Ce:YAG编辑

參見编辑

参考资料编辑

  1. ^ 美国宝石学学会英语Gemological Institute of America, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
  2. ^ 化學 第二版 下冊 作者:曾國輝
  3. ^ 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
  4. ^ ND:YAG晶体(掺钕钇铝石榴石). Red Optronics (英语). 
  5. ^ Z. J. Kiss and R. J. Pressley. Crystalline solid lasers. Proceedings of the IEEE. 1996, 54 (10): 1236. doi:10.1109/PROC.1966.5112 (英语). 
  6. ^ Saiki, T; Imasaki, K; Motokoshi, S; Yamanaka, C; Fujita, H; Nakatsuka, M; Izawa, Y. Disk-type Nd/Cr:YAG ceramic lasers pumped by arc-metal-halide-lamp. Optics Communications. 2006, 268 (1): 155. Bibcode:2006OptCo.268..155S. doi:10.1016/j.optcom.2006.07.002 (英语). 
  7. ^ Goss, L.P.; Smith, A.A.; Post, M.E. Surface thermometry by laser-induced fluorescence. Review of Scientific Instruments. 1989, 60 (12): 3702–3706. Bibcode:1989RScI...60.3702G. doi:10.1063/1.1140478. 
  8. ^ Carreira, J. F. C. YAG:Dy – Based single white light emitting phosphor produced by solution combustion synthesis. Journal of Luminescence. 2017, 183: 251–258. Bibcode:2017JLum..183..251C. doi:10.1016/j.jlumin.2016.11.017.