Кіріспе
Грант тобының синтетикалық кристалдық материалы.
Иттрий алюминий гранаты (YAG, Y3Al5O12) – гранат тобының синтетикалық кристалдық материалы. Ол кубикалық иттрий алюминий оксидінің фазасы, ал басқа мысалдарға YAlO3 (YAP) гексагонды немесе орторомбтық, перовскит тәрізді формада, сондай-ақ моноклиндік Y4Al2O9 (YAM) жатады. YAG кең оптикалық мөлдірлігі, төмен ішкі кернеуі, жоғары қаттылығы, химиялық және жылуға төзімділігінің арқасында түрлі оптикалық қолданыстарда пайдаланылады. Оның қос сынудың болмауы (сапфирден өзгеше) оны жоғары энергиялы/жоғары қуатты лазерлік жүйелер үшін тартымды материал етеді. YAG-тің лазерлік зақымдану деңгейі 1,1-ден 2,2 кДж/см²-ға дейін (1064 нм, 10 нс) жетеді. YAG, гранат және сапфир сияқты, таза күйде лазерлік орта ретінде қолданылмайды. Дегенмен, тиісті ионмен қоспаланғаннан кейін YAG әртүрлі қатты күйдегі лазерлерде негізгі материал ретінде қолданылады. Сирек кездесетін элементтер, мысалы неодим және эрбий, YAG-ге белсенді лазерлік иондар ретінде қосылып, сәйкесінше Nd:YAG және Er:YAG лазерлерін жасауға мүмкіндік береді. Цериймен қоспаланған YAG (Ce:YAG) катодты сәуле түтіктерінде және ақ жарық шығаратын диодтарда люминофор ретінде, сондай-ақ сцинтиллятор ретінде қолданылады.
Қымбат бағалы YAG
YAG белгілі бір кезеңде зергерлік бұйымдарда алмаз және басқа да құнды тастардың имитациясы ретінде қолданылды. Түсті түрлері мен олардың қоспа элементтері мыналарды қамтиды:
Жасанды құнды тас ретінде YAG көптеген сорттық және саудалық атауларға, сондай-ақ қате атауларға ие. Синонимдік атауларға мыналар жатады: алексит, амамит, цирколит, диа буд, диамит, диамогем, диамонаир, диамон, диамоник, диамонито, диамонте, ди'яг, геминаир, гемонаир, кимберли, Линде жасаған алмаз имитациясы, ниер gem, регалайр, реплика, сомерсет, триамонд, ЯИГ және иттрий гранаты. Синтезделген кубикалық цирконий енгізілгеннен кейін құнды тастар саудасына арналған өндіріс азайды; 1995 жылдан бастап өндіріс көлемі шамалы болды. Nd:YAG-дың жылу өткізгіштігі жоғары, ал оның люминесценция ұзақтығы Nd:YVO4 кристалдарына қарағанда шамамен екі есе ұзақ, бірақ ол тиімділігі төмен және тұрақсыз, сондықтан температураны дәл бақылау қажет. Nd:YAG лазерін сорғылау үшін ең жақсы сіңіру диапазоны 807,5 нм-де орналасқан және 1 нм еніне ие. Көптеген Nd:YAG лазерлері 1064 нм толқын ұзындығындағы инфрақызыл сәуле шығарады. Бұл толқын ұзындығындағы жарық көру қабілеті үшін өте қауіпті, себебі ол көздің линзасы арқылы торқабыққа шоғырлана алады, бірақ жарық көрінбейді және жымылу рефлексін тудырмайды. Nd:YAG лазерлері жиілікті екі еселеу немесе үш еселеу кристалдарымен де қолданылуы мүмкін, сәйкесінше 532 нм толқын ұзындығы бар жасыл жарық немесе 355 нм толқын ұзындығындағы ультракүлгін сәуле шығару үшін. Көбінесе қолданылатын Nd:YAG кристалдарындағы қоспа концентрациясы әдетте 0,5 және 1,4 мольдық пайыз аралығында өзгереді. Импульстік лазерлер үшін қоспаның жоғары концентрациясы қолданылады; ал үздіксіз толқынды лазерлер үшін төмен концентрациясы қолайлы. Nd:YAG қызғылт түсті, азырақ қоспаланған таяқшалар, көп қоспаланғандарға қарағанда аз боялған. Оның сіңіру спектрі тар болғандықтан, түсі оны бақылаған жарыққа байланысты.
Nd:Cr:YAG
Неодим және хром қосылған YAG (Nd:Cr:YAG немесе Nd/Cr:YAG) Nd:YAG-дан жақсы сіңіру қасиеттеріне ие. Бұл себебі энергия Cr3+ қоспасының кең сіңіру спектрлерімен сіңіріліп, кейін диполь-дипольдік өзара әрекеттесу арқылы Nd3+ иондарына беріледі. Бұл материал күн энергиясымен қоздырылатын лазерлерде қолдануға ұсынылған, олар күн энергиясымен жұмыс істейтін спутниктік жүйе құрамына кіруі мүмкін.
Е: YAG
Эрбиймен допингтелген YAG (Er: YAG) – 2940 нм толқын ұзындығында лазерлік белсенді орта. Оның сорғылауға қолайлы сіңіру жолақтары кең және 600 мен 800 нм аралығында орналасқан, бұл шамды тиімді сорғылауға мүмкіндік береді. Допанттың концентрациясы жоғары: иттрий атомдарының шамамен 50% алмастырылған. Er:YAG лазерінің толқын ұзындығы су мен дене сұйықтықтарына жақсы сіңіріледі, бұл лазерді медицина және стоматология салаларында пайдалануға өте ыңғайлы етеді; ол тіс эмалін емдеуде және косметикалық хирургияда қолданылады. Er:YAG қандағы қант деңгейін инвазивті емес түрде бақылауға қолданылады. Er:YAG-тың механикалық қасиеттері Nd:YAG-қа ұқсас. Er:YAG көзге зиян келтіру шегі салыстырмалы түрде жоғары болатын толқын ұзындықтарында жұмыс істейді (өйткені жарық торқа қол жетпес бұрын сіңіріледі), бөлме температурасында жақсы жұмыс істейді және жоғары еңіс тиімділігіне ие. Er:YAG қызғылт түсті.
Yb:YAG
Иттербиймен допингтелген YAG (Yb:YAG) – 1030 нм толқын ұзындығында лазерлік белсенді орта, 940 нм-де 18 нм-ге дейін кең сіңіру спектріне ие. Бұл жоғары қуатты диодтық сорғыланған қатты күйдегі лазерлер үшін ең тиімді орталардың бірі. Допанттың концентрациясы 0,2%-дан 30%-ға дейін, иттрий атомдарының орнына қосылған мөлшеріне байланысты өзгереді. Yb:YAG өте төмен жылу бөлінуына, өте жоғары еңіс тиімділігіне, қозған күйде сіңірудің немесе энергия жоғарылатудың болмауына, жоғары механикалық беріктікке және жоғары жылу өткізгіштігіне ие. Yb:YAG 940 немесе 970 нм толқын ұзындығындағы сенімді InGaAs лазерлік диодтарымен сорғылауға болады. Yb:YAG жоғары қуатты қолданбаларда 1064 нм Nd:YAG лазерін жақсы алмастырады, ал оның жиілігі екі еселенген 515 нм нұсқасы 514 нм аргон лазерлерін ауыстыра алады.
Nd:Ce:YAG
Неодим-церий екі рет қосылған YAG (Nd:Ce:YAG немесе Nd,Ce:YAG) – Nd:YAG-ға өте ұқсас белсенді лазерлік орта материалы. Қосылған церий атомдары ультракүлгін сәулелерді күшті сіңіріп, энергиясын неодим атомдарына жеткізеді, бұл сорғылау тиімділігін арттырады; нәтижесінде, Nd:YAG-ға қарағанда жылу деформациясы төмендеп, қуаты жоғарылайды, сорғылау деңгейі бірдей болған жағдайда. Лазерлік толқын ұзындығы 1064 нм, Nd:YAG үшін де осылай. Материал сорғылау көзінен келетін ультракүлгін сәулелердің салдарынан болатын зақымдануға жақсы төзімді және төмен лазерлік шекті деңгейге ие. Әдетте, Y атомдарының 1,1–1,4%-ы неодиммен, ал 0,05–0,1%-ы цериймен алмастырылады.
Ho:Cr:Tm:YAG
Холмий-хром-тулий үш рет қосылған YAG (Ho:Cr:Tm:YAG немесе Ho,Cr,Tm:YAG) – жоғары тиімділігі бар белсенді лазерлік орта материалы. Ол 2080 нм толқын ұзындығында лазер сәулесі шығарады және импульстік лампа немесе лазерлік диод арқылы қоздырылуы мүмкін. Ол әскери, медицина және метеорология салаларында кеңінен қолданылады. Бөлме температурасында жақсы жұмыс істейді, жоғары еңіс тиімділігіне ие және көзге зиян келтіру шегі салыстырмалы түрде жоғары болатын толқын ұзындығында жұмыс істейді. Диод арқылы қоздырылғанда, Tm3+ ионы үшін 785 нм жиілік диапазонын пайдалануға болады. Cr:YAG, Nd:YAG "циклдік резонаторында" өздігінен қоздырылатын фазалық конъюгаттық айна ретінде сызықты емес оптикада қолданылған. Мұндай айна циклдік резонаторға енгізілген фазалық және поляризациялық бұрмалауларды толықтыруға мүмкіндік береді.
Dy: YAG
Диспрозиймен допингтелген YAG (Dy: YAG) – температураны өлшеуге қолданылатын температураға сезімтал люминофор. Люминофор лазерлік импульспен қоздырылады және оның температураға тәуелді флуоресценциясы байқалады. Dy: YAG 300–1700 K диапазонында сезімтал. Люминофорды өлшенетін бетке тікелей немесе оптикалық талшықтың ұшына жапсыруға болады. Сонымен қатар, ол фосфор түрлендірілген ақ жарық диодтарында бір фазалы ақ жарық шығаратын люминофор ретінде де зерттелді.
Sm: YAG
Самарий қосылған ЯГ (Sm:ЯГ) — Ди:ЯГ сияқты температураға сезімтал люминофор.
Tb:YAG
Тербиймен қоспаланған ЯГ (Tb:ЯГ) — катодты сәулелі түтіктерде қолданылатын люминофор. Ол 544 нм толқын ұзындығында сары-жасыл түс шығарады.
CE: YAG
Церий(III) допингтелген YAG (Ce:YAG немесе YAG:Ce) – кең ауқымды қолданысқа ие, таза бір кристалл түрінде фосфор немесе сцинтиллятор. Көк немесе ультракүлгін сәулелерге, немесе рентген сәулелеріне ұшырағанда сары түсті жарық шығарады. Ол ақ жарық шығаратын диодтарда жоғары жарықтығы бар көк InGaN диодының қаптамасы ретінде қолданылады, көк жарықтың бір бөлігін сарыға айналдырады, нәтижесінде ақ түс пайда болады. Мұндай құрылымда түс берудің сапасы толыққанды болмайды. Шығарылатын жарықтың күші температураның жоғарылауымен төмендейді, бұл құрылғының түс шығысын өзгертеді. Ce:YAG кейбір сынапты бу шамдарында фосфорлардың бірі ретінде, көбінесе Eu:Y(P,V)O4 (иттрий фосфаты ванадаты) қосылысымен бірге қолданылады. Ол катодты сәулелі түтіктерде де фосфор ретінде қолданылады, онда жасыл (530 нм) және сары-жасыл (550 нм) түсті жарық шығарады. Электрондармен қоздырылғанда, ол дерлік жарқылта алмайды (70 нс ыдырау уақыты). Фотокөбейтушілерде қолдануға жарамды. Ce:YAG ПЭТ сканерлерінде, жоғары энергиялы гамма сәулелері мен зарядталған бөлшектерді анықтағыштарда, сондай-ақ гамма, рентген, бета және ультракүлгін сәулелерді бейнелейтін жоғары ажыратымды экрандарда қолданылады. Ce:YAG гадолиниймен қосымша допингтелуі мүмкін.