钇铝石榴石

✍ dations ◷ 2025-04-04 14:21:04 #钇化合物,铝化合物,光学材料,激光增益介质,磷光体与闪烁体

钇铝石榴石(英语:yttrium aluminium garnet),简称YAG,分子式Y3Al5O12,为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))。相较于其他人工合成宝石,颜色较灰暗,但硬度较高,可用来切割。

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,如钕离子和铒离子(掺钕钇铝石榴石激光、掺铒钇铝石榴石激光(英语:Er:YAG laser))。若掺杂铈,形成的含杂YAG可作阴极射线管的磷光体、发光二极管和闪烁体探测器。

掺钕钇铝石榴石激光(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。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。

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。

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+。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。

掺铒的钇铝石榴石(Er:YAG)是发出2940nm波长光的良好激光媒质。

掺镝钇铝柘榴石(Dy:YAG)是对温度相当敏感的磷光体,被用于温度量测方面的用途。这种磷光体遭到激光脉冲激发时,会随不同温度发出不同萤光。掺镝钇铝柘榴石的温度感测范围大概是300-1700K。这种磷光体可以直接量测物体表面的温度或接在光纤末端进行量测。除此之外,掺镝钇铝柘榴石还被研究用来当作磷光转换白光发光二极管(pc-WLED)中的单相白光发光磷光体。

掺钐钇铝柘榴石(Sm:YAG)是对温度相当敏感的磷光体,性质与用途类似掺镝钇铝柘榴石(Dy:YAG)。

掺铽钇铝柘榴石(Tb:YAG)是一种磷光体,常用于阴极射线管中。它会发出波长544nm的黄绿色光。

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