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釔鋁石榴石

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釔鋁石榴石
釔鋁石榴石
基本資料
類別合成寶石
化學式Y3Al5O12
性質
顏色通常無色,也有可能是粉色、紅色、橘紅色、黃色、綠色、藍色或紫色
晶系立方晶系
解理
斷口貝殼狀至參差狀
莫氏硬度8.5
光澤玻璃光澤至半金屬光澤
比重4.5 - 4.6
光學性質單折射
折射率1.833 (+/- .010)
色散率.028
參考文獻美國寶石學學會英語Gemological Institute of America [1]

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。是釔鋁複合材料的三相之一(其他兩相為釔鋁單斜晶體(YAM,Y4Al2O9)和釔鋁鈣鈦礦(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]

純的釔鋁石榴石不能用於激光媒質。但如果摻雜適當的稀土元素離子,YAG可以被用作各種固體激光器的主要材料,如離子和離子(摻釹釔鋁石榴石雷射摻鉺釔鋁石榴石雷射英語Er:YAG laser)等,廣泛用於醫療、牙科、軍事、加工和科學研究等領域。若摻雜,形成的鈰雜YAG可用於陰極射線管LED磷光體閃爍體探測器等。摻雜的YAG粉末則可用作照明設備和顯示器的磷光體。

各種含雜釔鋁石榴石的簡介

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Nd:YAG

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直徑為0.5cm的Nd:YAG激光棒

摻釹釔鋁石榴石雷射(Nd:YAG)相關技術於20世紀60年代逐步臻於成熟,1964年,首個Nd:YAG激光器出現。如今,Nd:YAG是應用最廣泛的激光器激活激光媒質英語Active laser medium,從低功率連續激光器到Q開關(巨脈衝發生器),無所不包。[3]相較於摻釹原釩酸鹽釔英語neodymium doped yttrium orthovanadate(Nd:YVO4)晶體,Nd:YAG晶體有高熱導率、熒光時長長(約為Nd:YVO4的兩倍)等優點,但效率和穩定性比較差,需要精確的溫度控制。最優良的激光用Nd:YAG吸收帶為807.5nm±1nm。[4]

大多數Nd:YAG激光器產生波長為1064nm左右的紅外光。該頻段的波長為視力損害極大,但這種光並不會觸發角膜反射,且不可見,因此比較危險。Nd:YAG可以與二次或三次諧波發生晶體(參見二次諧波英語Second-harmonic generation)搭配使用,分別可以生成波長為532nm的綠色光和波長為355nm的紫外光

通常摻雜的釹的濃度為0.5-1.4摩爾百分比,一般濃度高的用於產生脈衝光,濃度低的用於產生連續激光。Nd:YAG略帶桃紫色,摻雜的釹含量越高,顏色越明顯。但由於Nd:YAG的吸收光譜比較狹窄,照明光源的顏色會影響Nd:YAG的具體呈色。

Nd:Cr:YAG

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摻釹和鉻的釔鋁石榴石(Nd:Cr:YAG或Nd/Cr:YAG)的光譜吸收特徵比Nd:YAG更加優異。這是由於能量首先被吸收光譜更廣泛的Cr3+吸收,再通過偶記相互作用傳遞給Nd3+[5]Nd:Cr:YAG可以製造太陽光泵浦激光器英語Solar-pumped laser,很有可能會被用於將來的太空太陽能系統上。[6]

Er:YAG

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摻鉺的釔鋁石榴石(Er:YAG)是發出2940nm波長光的良好激光媒質。

Yb:YAG

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Nd:Ce:YAG

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Ho:Cr:Tm:YAG

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Tm:YAG

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Cr4+:YAG

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Dy:YAG

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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管(pc-WLED)中的單相白光發光磷光體。[8]

Sm:YAG

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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

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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

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參見

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參考資料

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  1. ^ 美國寶石學學會英語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. [2017-09-07]. (原始內容存檔於2017-07-04) (英語). 
  5. ^ Z. J. Kiss and R. J. Pressley. Crystalline solid lasers. Proceedings of the IEEE. 1996, 54 (10): 1236 [2017-09-07]. doi:10.1109/PROC.1966.5112. (原始內容存檔於2019-07-01) (英語). 
  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 (英語). 
  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.