이트리움 알루미늄 가넷

Yttrium aluminium garnet
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이트리움 알루미늄 가넷
Yttrium-aluminum garnet (synthetic gemstone) 1.jpg
일반
카테고리합성 광물
공식
(기존 단위)		야일로3512
크리스털 시스템큐빅
식별
색보통 무색이지만 분홍, 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 보라색일 수 있다.
클라바주없음
골절원뿔형에서 고르지 않음
모스 눈금 경도8.5
루스터수바다만틴에 유리성
비중4.5–4.6
폴란드 광택수바다만틴에 유리성
광학 특성단일 굴절제
굴절률1.833±0.010
바이레프링스없음
플레이오크로이즘없음
분산0.028
자외선 형광.무색의 돌 - 장파에서는 불활성에서 중간색, 단파에서는 불활성에서 약한 주황색으로, 청색과 분홍색 돌 - 불활성, 황록색 돌 - 장파에서는 매우 강한 노란색, 인광체, 녹색 돌 - 장파에서는 강한 빨간색, 단파에서는 약한 빨간색
참조[1]

이트리움 알루미늄 가넷(YTAG, YALO3512)은 가넷 그룹의 합성 결정 물질이다. 입방 이트리움 알루미늄 산화상이며, 다른 예로는 육각형 또는 직교형 형태의 YAlO3(YAP[2])와 페로브스카이트 유사 형태, 단핵형 YAM(Yonoclinic YAlO429)이 있다.[3][4]

YAG는 가넷이나 사파이어처럼 순수하면 레이저 매개체로 쓸모가 없다. 그러나, 적절한 이온을 도핑한 후, YAG는 일반적으로 다양한 고체 상태의 레이저에서 숙주 재료로 사용된다.[5] 네오디뮴과 에르비움과 같은 희토류 원소를 활성 레이저 이온으로 YAG로 도핑하여 Nd:YAG 및 Er:YAG 레이저. 세륨 도포 YAG(Ce:YAG)는 음극선관 및 백색 발광 다이오드의 인광체와 섬광기로 사용된다.

Gemstone YAG

YAG for a period was used in jewelry as a diamond and other gemstone simulant. Colored variants and their doping elements include:[1] green (chromium), blue (cobalt), red (manganese), yellow (titanium), blue/pink/purple (neodymium, depending on light source), pink, and orange. As faceted gems they are valued (as synthetics) for their clarity, durability, high refractive index and dispersion, and occasionally properties like simulating Alexandrite's color-changing property. The critical angle of YAG is 33 degrees. YAG cuts like natural garnet, with polishing being performed with alumina or diamond (50,000 or 100,000 grit) on common polishing laps. YAG has low heat sensitivity.[6]

As a synthetic gemstone YAG has numerous varietal and trade names, as well as a number of misnomers. Synonymous names include: alexite, amamite, circolite, dia-bud, diamite, diamogem, diamonair, diamone, diamonique, diamonite, diamonte, di'yag, geminair, gemonair, kimberly, Linde simulated diamond, nier-gem, regalair, replique, somerset, triamond, YAIG, and yttrium garnet. Production for the gem trade decreased after the introduction of synthetic cubic zirconia; as of 1995 there was little production.[1] Some demand exists as synthetic garnet, and for designs where the very high refractive index of cubic zirconia is not desirable.[citation needed]

Technical-use varieties

Nd:YAG

Main article: Nd:YAG laser
Nd:YAG laser rod 0.5 cm in diameter.

Neodymium-doped YAG (Nd:YAG) was developed in the early 1960s, and the first working Nd:YAG laser was invented in 1964. Neodymium-YAG is the most widely used active laser medium in solid-state lasers, being used for everything from low-power continuous-wave lasers to high-power Q-switched (pulsed) lasers with power levels measured in the kilowatts.[7] The thermal conductivity of Nd:YAG is higher and its fluorescence lifetime is about twice as long as that of Nd:YVO4 crystals, however it is not as efficient and is less stable, requiring more precisely controlled temperatures. The best absorption band of Nd:YAG for pumping the laser is centered at 807.5 nm, and is 1 nm wide.[8]

대부분의 Nd:YAG 레이저는 1064 nm의 파장에서 적외선을 생성한다. 이 파장의 빛은 눈의 렌즈에 의해 망막에 집중될 수 있지만 빛이 보이지 않고 깜박임 반사작용을 일으키지 않기 때문에 시력에 오히려 위험하다. Nd:YAG 레이저를 주파수 더블링 또는 주파수 트리플링 결정에도 사용할 수 있어 파장 532nm의 녹색 빛이나 355nm의 자외선을 각각 생성할 수 있다.

일반적으로 사용되는 도판트 농도 Nd:YAG 결정체는 보통 0.5와 1.4 어금니 퍼센트 사이에서 변화한다. 도판트 농도는 펄스 레이저에 사용되며, 저농도는 연속파 레이저에 적합하다. Nd:YAG는 분홍빛이 도는 퍼플이며, 가벼운 도핑 로드는 무거운 도핑 로드에 비해 강렬한 색감이 덜하다. 그것의 흡수 스펙트럼은 좁기 때문에 색조는 그것이 관찰되는 빛에 따라 달라진다.

Nd:Cr:YAG

네오디뮴과 크롬을 도핑한 YAG(Nd:Cr:YAG 또는 Nd/Cr:YAG)는 Nd보다 우수한 흡수 특성을 가지고 있다.YAG. 이것은 에너지가 Cr3+ 도판트의 광범위한 흡수 대역에 의해 흡수된 다음 쌍극자-디폴 상호작용에 의해 Nd로3+ 전달되기 때문이다.[9] 이 물질은 태양열 위성 시스템의 일부를 형성할 수 있는 태양열펌프 레이저에 사용하기 위해 제안되었다.[10]

어:야그

주요 기사: Er:YAG 레이저

Erbium 도포 YAG(Er:YAG)는 2940 nm의 활성 레이저 매체 레이싱이다. 펌핑에 적합한 흡수 밴드는 폭이 넓고 600~800nm에 위치해 효율적인 플래시 램프 펌핑이 가능하다. 사용되는 도판트 농도는 높다: 이티움 원자의 약 50%가 교체된다. 더 어:YAG 레이저 파장은 물과 체액에 잘 결합되어 있어 이 레이저가 특히 의학 및 치과용에 유용하게 쓰이게 된다; 이는 치아 에나멜 치료와 미용 수술에 사용된다. Er:YAG는 혈당을 비침습적으로 모니터링하는 데 사용된다. Er의 기계적 특성:YAG는 기본적으로 Nd와 동일하다.YAG. 어:YAG는 눈 손상 문턱이 상대적으로 높은 파장에서 작동하며(망막에 닿기 전에 빛이 흡수되기 때문에), 상온에서 잘 작동하며, 경사 효율이 높다. Er:YAG는 연두색이다.

Yb:YAG

Ytterbium 도핑된 YAG(Yb:YAG)는 1030nm의 활성 레이저 매체 레이싱으로, 940nm의 넓은 18nm의 흡수 대역을 가지고 있다.[11] 고출력 다이오드펌프 솔리드 스테이트 레이저에 가장 유용한 매체 중 하나이다. 사용된 도판트레벨은 교체된 이트리움 원자의 0.2%에서 30% 사이의 범위다. Yb:YAG는 부분 발열이 매우 낮고, 경사 효율이 매우 높으며,[12] 흥분 상태 흡수나 상향 변환이 없으며, 기계적 강도가 높고 열전도율이 높다. Yb:YAG는 940nm 또는 970nm의 신뢰할 수 있는 InGaAs 레이저 다이오드로 펌핑할 수 있다.

Yb:YAG는 1064Nm Nd를 대체할 수 있는 훌륭한 제품이다.고출력 어플리케이션의 YAG와 주파수가 더 많은 515nm 버전의 YAG는 514nm 아르곤 레이저를 대체할 수 있다.

Nd:Ce:YAG

네오디뮴 세륨 이중 도핑 YAG(Nd:Ce:YAG 또는 Nd,Ce:YAG)는 Nd와 매우 유사한 활성 레이저 중간 물질이다.YAG. 추가된 세륨 원자는 자외선 영역에서 강하게 흡수되어 에너지를 네오디뮴 원자로 전달하여 펌핑 효율을 높인다. 그 결과 Nd보다 열 왜곡이 적고 출력이 높다.동일한 펌핑 레벨의 YAG. 래싱 파장(1064 nm)은 Nd의 경우와 동일하다.YAG. 펌프원의 UV에 의한 손상 및 낮은 래싱 임계치에 대한 내성이 우수하다. 일반적으로 Y 원자의 1.1~1.4%는 Nd로, 0.05~0.1%는 Ce로 대체된다.

Ho:Cr:Tm:YAG.

홀뮴-크롬-툴륨 트리플 도핑 YAG(호:Cr:Tm:YAG 또는 Ho,Cr,Tm:YAG)는 고효율의 활성 레이저 중질소재다. 그것은 2080 nm에 레이스를 하고 플래시 램프나 레이저 다이오드로 펌프질할 수 있다.[13] 그것은 군사, 의학, 기상학에서 널리 사용된다. 상온에서 잘 작동하고, 경사 효율이 높으며, 눈 손상 문턱이 상대적으로 높은 파장에서 작동한다. 다이오드로 펌핑하면 785nm의3+ Tm 이온용 밴드를 사용할 수 있다.[13] 다른 주요 펌프 밴드는 400~800nm 사이에 위치한다. 사용되는 도판트 수치는 0.35원자 입니다.% Ho, 5.8 원자.% Tm 및 1.5 % Cr. 그 막대들은 크롬(III)으로 전달되는 녹색이다.

Tm:YAG

툴륨 도포 YAG(Tm:YAG)는 1930 ~ 2040 nm 사이에서 작동하는 활성 레이저 매체다. 다이오드 펌핑에 적합하다. 듀얼 모드 Tm:YAG 레이저는 1GHz로 분리된 두 개의 주파수를 방출한다.

크랙4+:야그

크롬(IV) 도포 YAG(Cr:YAG)는 0.9-1.2 마이크로미터 스펙트럼 영역에서 대규모 흡수 단면을 제공하므로 Nd 도핑 레이저의 패시브 Q-스위치로 매력적인 선택이다. 그 결과 발생하는 장치는 솔리드 스테이트, 소형, 저비용이다. Cr:YAG는 손상 문턱이 높고 열전도율이 우수하며 화학적 안정성이 우수하며 자외선에 저항하며 가공이 용이하다. 그것은 불화 리튬과 유기 염료와 같은 더 전통적인 Q-스위치 재료를 대체하고 있다. 도판트 수치는 0.5~3%(몰라)이다. Cr:YAG는 Nd를 기반으로 하는 것과 같이 1000~1200nm의 파장에서 작동하는 레이저의 패시브 Q스위칭에 사용할 수 있다.YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 및 Yb:YAG.

Cr:YAG는 또한 레이저 게인 매체로서 사용될 수 있으며, 1350 nm에서 1550 nm까지 출력을 조절할 수 있는 튜닝 가능한 레이저를 생산한다. Cr:YAG 레이저를 Nd에 의해 1064 nm로 펌프할 때 (펨토초 범위에서) 초음파 펄스를 생성할 수 있다.YAG 레이저.[14]

Cr:YAG는 비선형 광학을 Nd:의 자체 펌프식 위상-콘주게이트 거울로서 응용한 것으로 입증되었다.YAG "루프 공명기"[citation needed] 그러한 거울은 루프 공진기로 유도된 위상 및 양극화 이상 모두에 대한 보상을 제공한다.

Dy:YAG

Dysprosium-doped YAG(Dy:YAG)는 온도 측정에 사용되는 온도에 민감한 인광이다. 인광은 레이저 펄스에 의해 흥분되고 인광의 온도에 의존하는 형광이 관찰된다. Dy:YAG는 300–1700K 범위에서 민감하다.[15] 인광은 측정된 표면 또는 광섬유의 끝에 직접 도포될 수 있다. 인광 변환형 백색 발광 다이오드에서 인광을 방출하는 단상 백색 발광 다이오드로도 연구되어 왔다.[16]

SM:YAG

사마륨 도포 YAG(Sm:YAG)는 Dy와 유사한 온도에 민감한 인광이다.YAG.

Tb:YAG

테르비움 도포 YAG(Tb:YAG)는 음극선 튜브에 사용되는 인광이다. 그것은 544 nm의 황록색에서 방출된다.

Ce:YAG

세륨(III) 도포 YAG(Ce:YAG 또는 YAG:Ce)는 순수한 단일 결정 형태로 광범위한 용도를 가진 인광기 또는 섬광기다. 청색이나 자외선에 노출되거나 X선에 노출되면 노란 빛을 방출한다.[17] 하이라이트 블루 InGaN 다이오드의 코팅으로 화이트 발광 다이오드에 사용되며, 블루라이트의 일부를 노란색으로 변환하여 함께 화이트로 나타난다. 그러한 배열은 이상적인 색상 렌더링에 미치지 못한다. 온도 상승에 따라 출력 밝기가 감소하여 기기 색 출력을 더욱 변화시킨다.[citation needed]

Ce:YAG는 또한 일부 수은 증포 램프에서 인광의 하나로 사용되며, 종종 Eu와 함께 사용된다.Y(P,V)O4(yttrium phosphate-vanadate). 음극선관에서도 인광체로 사용되는데, 여기서 녹색(530nm)에서 황록색(550nm)의 빛을 방출한다. 전자에 의해 흥분하면 사실상 여광(70ns 붕괴 시간)이 없다. 그것은 광전자 증배기에 적합하다.

Ce:YAG는 PET 스캐너, 고에너지 감마선 및 충전된 입자 검출기, 감마선, X선, 베타선 및 자외선을 위한 고해상도 영상화면에 사용된다.

Ce:YAG는 가돌리눔으로 더 멀리 도핑될 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Gemological Institute of America, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN0-87311-019-6
  2. ^ "YAlO
    3    ; YAP (YAlO
    3     ht) Crystal Structure"    . Springer Materials. Retrieved 2019-12-23.    .
  3. ^ "Y
    4    Al
    2    O
    9    ; YAM (Y
    4    Al
    2    O
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  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. S2CID 92455146.
  5. ^ Kalisky, Yehoshua (1997). "Hosts for Solid State Luminescent Systems". In Rotman, Stanley R. (ed.). Wide-Gap Luminescent Materials: Theory and Applications: Theory and Applications. Springer Science & Business Media. ISBN 9780792398370.
  6. ^ Rice, Addison. "How to Spot a Fake Diamond: What These 13 Tests Really Mean!". International Gem Society. Retrieved 2021-02-15.
  7. ^ V. 루페이, , A. 루페이 "Nd:창립 50주년 기념 YAG: Still to Learn' Journal of Lumininesflash 2015, doi:10.1016/j.jlumin.2015.04.018
  8. ^ "ND:YAG crystal (neodymium doped yttrium aluminium garnet)". Red Optronics.
  9. ^ Z. J. Kiss and R. J. Pressley (1996). "Crystalline solid lasers". Proceedings of the IEEE. 54 (10): 1236. doi:10.1109/PROC.1966.5112.
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  11. ^ 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. 6 (1): 91. Bibcode:2016OMExp...6...91G. doi:10.1364/ome.6.000091. ISSN 2159-3930.
  12. ^ 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). Optical Society of America: AM3A.3. doi:10.1364/assl.2016.am3a.3. ISBN 978-1-943580-20-0.
  13. ^ a b Koechner, Walter (2006). Solid-state laser engineering. Springer. p. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
  14. ^ Paschotta, Rüdiger. "Chromium-doped gain media". Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics. Retrieved April 2, 2011.
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  16. ^ 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.
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