釔鋁石榴石

钇铝石榴石
钇铝石榴石
	釔鋁石榴石
基本資料
類別	合成宝石
化学式	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	无
断口	贝壳状至参差状
莫氏硬度	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）

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]

纯的钇铝石榴石不能用于激光媒质。但如果掺杂适当的稀土元素离子，YAG可以被用作各种固体激光器的主要材料，如钕离子和铒离子（掺钕钇铝石榴石雷射、掺铒钇铝石榴石雷射（英语：Er:YAG laser））等，廣泛用於醫療、牙科、軍事、加工和科學研究等領域。若掺杂铈，形成的铈杂YAG可用於阴极射线管和LED的磷光体、闪烁体探测器等。掺杂釤和鋱的YAG粉末則可用作照明設備和顯示器的磷光體。

各种含杂钇铝石榴石的简介

Nd:YAG

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用激活激光媒质（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

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

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

Nd:Ce:YAG

Ho:Cr:Tm:YAG

Tm:YAG

Cr⁴⁺:YAG

Dy:YAG

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

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

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

參見

釔鐵石榴石
釓鎵石榴石（英语：Gadolinium gallium garnet）
铽镓石榴石（英语：Terbium gallium garnet）
鎦鋁石榴石（英语：Lutetium aluminium garnet）
微下拉晶體成長法
摻釹釔鋁石榴石雷射
摻鉺釔鋁石榴石雷射（英语：Er:YAG laser），坊間皮膚科、牙科俗稱"鉺雅各雷射"

参考资料

^ 美国宝石学学会（英语：Gemological Institute of America）, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
^ 化學第二版下冊作者:曾國輝
^ 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
^ ND:YAG晶体(掺钕钇铝石榴石). Red Optronics. [2017-09-07]. （原始内容存档于2017-07-04）（英语）.
^ 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. （原始内容存档于2019-07-01）（英语）.
^ 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）.
^ 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.
^ 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.

[GRG-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. [2017-09-07]. （原始内容存档于2017-07-04）（英语）.

[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. （原始内容存档于2019-07-01）（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.

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