Granate d'itri i alumini
El granate d'itri i alumini (YAG,I3Al5O12) és un material cristalí sintètic del grup dels granates. És una fase cúbica d'òxit d'alumini i itri, en atres eixemples com YAlO 3 (YAP[1]) en una forma hexagonal o ortorrómbica, similar a la perovskita, i la monoclínica I4A el2O9 (YAM[2]).[3]
Per la seua àmplia transparència òptica,[4] baixa tensió interna, gran durea i resistència química i tèrmica, el YAG s'utilisa per a una gran varietat d'òptiques.[5] La seua falta de birrefringencia (a diferència del safir) ho convertix en un material interessant per a sistemes làser d'alta energia/alta potència. Els nivells de dany làser de YAG varen oscilar entre 1,1 i 2,2 kJ/cm² (1064 nm, 10 ns).[6]
El YAG, de la mateixa manera que el granate i el safir, no s'utilisa com a mig làser en estat pur. No obstant, despuix de ser dopat en un ion apropiat, el YAG s'utilisa habitualment com a material hoste en diversos làsers d'estat sòlit.[7] Elements de terres rares com el neodimi i l'erbi poden dopar-se en YAG com a ions làser actius, donant lloc als làsers Nd:YAG i Er:YAG, respectivament. El YAG dopat en ceri (Ce:YAG) s'utilisa com fòsfor en tubos de rajos catódicos i diodos emissors de llum blanca, i com centelleador.
El YAG com a pedra preciosa
[editar | editar còdic]Durant un temps, el YAG es va utilisar en joyeria com a simulador de diamants i unes atres pedres precioses. Les variants coloreadas i els seus elements dopantes inclouen:[8] vert (cromo), blau (cobalt), roig (manganeso), groc (titani), blau/rosa/púrpura (neodimi, depenent de la font de llum), rosa i taronja. Com gemas facetadas, es valoren (de la mateixa manera que les sintètiques) per la seua claritat, durabilitat, alt índex de refracció i dispersió, i ocasionalment propietats com la simulació de la propietat de canvi de color de l'alejandrita. l'àngul crític de el YAG és de 33 graus. El YAG es talla com el granate natural, i el poliment es realisa en alúmina o diamant (gra 50 000 o 100 000) en discs de poliment comuns. El YAG té baixa sensibilitat a la calor.[9]
Com a pedra preciosa sintètica, el YAG té numeroses variants i noms comercials, aixina com una série de denominacions errònees. Alguns noms sinònims són: alexita, amamita, circolita, dia-bud, diamita, diamogem, diamonair, diamone, diamonique, diamonita, diamonte, vaig donar'yag, geminair, gemonair, kimberly, diamant simulat de Linde, nier-gem, regalair, replique, somerset, triamond, YAIG i granate d'itri. La producció per al comerç de pedres precioses va disminuir despuix de l'introducció de la zirconia cúbica sintètica; en 1995 la producció era escassa.[1]
Varietats d'us tècnic
[editar | editar còdic]Nd:YAG
[editar | editar còdic]
El YAG dopat en neodimi (Nd:YAG) es va desenrollar a principis de la década de 1960, i el primer làser Nd:YAG operatiu es va inventar en 1964. El neodimi-YAG és el mig làser actiu més utilisat en làsers d'estat sòlit, des dels làsers d'ona contínua de baixa potència fins als làsers de conmutación Q (pulsats) d'alta potència en nivells de potència medits en quilovats.[10] La conductivitat tèrmica de Nd:YAG és major i la seua vida útil de fluorescència és aproximadament el doble que la dels cristals de Nd:YVO4; no obstant, no és tan eficient i és menys estable, lo que requerix temperatures controlades en major precisió. La millor banda d'absorció del Nd:YAG para bombejar el làser està centrada en 807,5 nm, i té un esgambi d'1 nm.[11]
La majoria dels làsers Nd:YAG produïxen llum infrarroja a una llongitut d'ona de 1064 nm. La llum d'esta llongitut d'ona és prou perillosa per a la visió, ya que pot ser enfocada pel cristalí de l'ull sobre la retina, pero la llum és invisible i no desencadena el reflex del parpadeo. Els làsers Nd:YAG també es poden utilisar en cristals de duplicació o triplicación de freqüència, per a produir llum verda en una llongitut d'ona de 532 nm o llum ultravioleta a 355 nm, respectivament.
La concentració de dopante en els cristals de Nd:YAG d'us comú sol variar entre 0,5 i 1,4 per cent molar. Una major concentració de dopante s'utilisa per a làsers pulsats; una menor concentració és adequada per a làsers d'ona contínua. El Nd:YAG té un color rosat-púrpura, sent les varetes en dopante més llauger menys intenses que les més dopades. Com el seu espectre d'absorció és estret, la tonalitat depén de la llum baix la que s'observe.
Nd:Cr:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en neodimi i cromo (Nd:Cr:YAG o Nd/Cr:YAG) té unes característiques d'absorció superiors al Nd:YAG. Açò es deu a que l'energia és absorbida per les bandes d'absorció amples del dopante Cr3+ i després transferida a Nd3+ per mig d'interaccions dipol-dipol.[12] Este material s'ha sugerit per al seu us en làsers de bombeig solar, que podrien formar part d'un sistema de satèlits d'energia solar.[13]
Er:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en erbi (Er:YAG) és un mig làser actiu que emet làsers a 2940 nm. Les seues bandes d'absorció aptes per al bombeig són àmplies i se situen entre 600 i 800 nm, lo que permet un bombeig eficaç de les llànties de centelleig. La concentració de dopante utilisada és elevada: se substituïx aproximadament el 50% dels àtoms d'itri. La llongitut d'ona del làser Er:YAG s'acopla be a l'aigua i als decorreguts corporals, lo que fa que este làser siga especialment útil en medicina i odontologia; s'utilisa per al tractament del esmalt dental i en cirugia estètica. El Er:YAG s'utilisa per a la monitorisació no invasiva del sucre en sanc. Les propietats mecàniques del Er:YAG són essencialment les mateixes que les del Nd:YAG. El Er:YAG funciona a llongituts d'ona en les que el llindar de dany ocular és relativament alt (ya que la llum s'absorbix abans d'incidir en la retina), funciona be a temperatura ambiente i té una alta eficiència de pendent. El Er:YAG és de color rosa.[14]
Yb:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en iterbio (Yb:YAG) és un mig làser actiu que emet làsers a 1030 nm, en una banda d'absorció ampla de 18 nm a 940 nm.[15] És un dels mijos més útils per als làsers d'estat sòlit d'alta potència bombejats per diodo. Els nivells de dopante utilisats oscilen entre el 0,2% i el 30% d'àtoms d'itri substituïts. El Yb:YAG té un calfament fraccional molt baix, una eficiència de pendent molt alta i cap absorció d'estat excitat o conversió ascendent, una gran resistència mecànica i una alta conductivitat tèrmica. El Yb:YAG pot bombejar-se per mig de diodos làser InGaAs fiables a 940 o 970 nm.
El Yb:YAG és un bon substitut del Nd:YAG de 1064 nm en aplicacions d'alta potència, i la seua versió de 515 nm de freqüència duplicada pot substituir als làsers de argón de 514 nm.
Nd:Ce:YAG
[editar | editar còdic]El YAG de doble dopage de neodimi i ceri ( Nd:Ce:YAG, o Nd,Ce:YAG) és un material de mig làser actiu molt similar al Nd:YAG. Els àtoms de ceri afegits absorbixen fortament en la regió ultravioleta i transferixen la seua energia als àtoms de neodimi, aumentant l'eficàcia de bombeig; el resultat és una menor distorsió tèrmica i una major potència d'eixida que Nd:YAG al mateix nivell de bombeig. La llongitut d'ona de làser, 1064 nm, és la mateixa que la del Nd:YAG. El material té una bona resistència als danys causats pels rajos UV de la font de bombeig i un llindar de làser baix. Normalment, l'1,1-1,4% dels àtoms d'I se substituïxen per Nd i el 0,05-0,1% per Ce.
Ho Cr:Tm:YAG
[editar | editar còdic]El YAG triple dopat d'holmi - cromo - tuli ( Ho:Cr:Tm:YAG, o Ho,Cr,Tm:YAG ) és un material de mig làser actiu d'alta eficàcia. Produïx làser a 2080 nm i pot ser bombejat per una llàntia de flash o un diodo làser.[16] S'utilisa molt en l'eixèrcit, la medicina i la meteorologia. Funciona be a temperatura ambiente, té una alta eficiència de pendent i opera a una llongitut d'ona en la que el llindar de dany ocular és relativament alt. Quan es bombeja per mig d'un diodo, es pot utilisar la banda de 785 nm per al ion Tm3+.[17] Atres bandes de bombeig importants se situen entre 400 i 800 nm. Els nivells de dopante utilisats són 0,35 atom.% Ho, 5,8 atom.% Tm i 1,5 at.% Cr. Les varetes tenen un color vert, impartit pel cromo(III).
Tm:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en tuli (Tm:YAG) és un mig làser actiu que opera entre 1930 i 2040 nm. És adequat per al bombeig de diodos. Un làser Tm:YAG de modo dual emet dos freqüències separades per 1 GHz.
Cr4+:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en cromo (IV) (Cr:YAG) proporciona una gran secció travessera d'absorció en la regió espectral de 0,9-1,2 micrómetros, lo que ho convertix en una opció atractiva com a commutador Q passiu per a làsers dopats en Nd. Els dispositius resultants són d'estat sòlit, compactes i de baix cost. El Cr:YAG té un alt llindar de dany, bona conductivitat tèrmica, bona estabilitat química, resistix la radiació ultravioleta i és fàcilment mecanisable. Està substituint a atres materials de conmutación Q més tradicionals, com el fluorur de liti i els colorants orgànics. Els nivells de dopante utilisats oscilen entre el 0,5 i el 3 per cent (molar). El Cr:YAG pot utilisar-se per a la conmutación Q passiva de làsers que funcionen a llongituts d'ona entre 1000 i 1200 nm, com els basats en Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 i Yb:YAG.
El Cr:YAG també pot utilisar-se com a mig de guany làser, produint làsers sintonizables en eixides ajustables entre 1350 i 1550 nm. El làser Cr:YAG pot generar polsos ultracortos (de l'orde dels femtosegundos) quan és bombejat a 1064 nm per un làser Nd:YAG.[18]
Dy:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en disprosio ( Dy:YAG ) és un fòsfor sensible a la temperatura que s'utilisa en medicions de temperatura. El fòsfor és excitat per un pols làser i s'observa la seua fluorescència depenent de la temperatura. Dy:YAG és sensible en rancs de 300–1700 K.[19] El fòsfor es pot aplicar directament a la superfície medida o a l'extrem d'una fibra òptica . També s'ha estudiat com a fòsfor emissor de llum blanca monofásico en diodos emissors de llum blanca convertida en fòsfor.[20]
SM:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en samari (Sm:YAG) és un fòsfor sensible a la temperatura similar al Dy:YAG.
Tb: YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en terbi (Tb:YAG) és un fòsfor que s'utilisa en els tubos de rajos catódicos. Emet en color groc verdoso, a 544 nm.
Ce:YAG
[editar | editar còdic]El YAG dopat en ceri (III) (Ce:YAG o YAG:Ce) és un fòsfor, o un centelleador quan està en forma de monocristal pur, en una àmplia gama d'usos. Emet llum groga quan se somet a llum blava, ultravioleta o rajos X.[21] S'utilisa en diodos emissors de llum blanca com a recobriment d'un diodo InGaN blau d'alta lluminositat, convertint part de la llum blava en groga, que després apareix com a blanca. Esta disposició no oferix una reproducció cromàtica ideal.
El Ce:YAG també s'utilisa en algunes llànties de vapor de mercuri com un dels fòsfors, a sovint junt en el Eu:I(P,V)O4 (fosfat-vanadato d'itri). També s'utilisa com a fòsfor en tubos de rajos catódicos, a on emet llum verda (530 nm) a groc-vert (550 nm). Quan és excitat per electrons, pràcticament no presenta resplandor (temps de decaiguda de 70 ns). És adequat per al seu us en fotomultiplicadores.
El Ce:YAG s'utilisa en escáneres PET, detectors de radiació gamma d'alta energia i de partícules carregades, i pantalles d'image d'alta resolució per a rajos gamma, rajos X, radiació beta i radiació ultravioleta.
El Ce:YAG es pot dopar encara més en gadolini.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 «Plantilla:Chem; YAP (Plantilla:Chem ht) Crystal Structure». Springer Materials. Consultat el 2019-12-23.
- ↑ «Plantilla:Chem; YAM (Plantilla:Chem rt) Crystal Structure». Springer Materials. Consultat el 2020-01-28.
- ↑ (2000).Journal of Materials Science.35(3)
- 713–717.doi:10.1023/A:1004709401795.
- ↑ “Wide spectral range optical characterization of yttrium aluminum garnet (YAG) single crystal by the universal dispersion model” (en) (1 de decembre 2021). Optical Materials Express 11 (12): 3930. doi:. ISSN 2159-3930. Bibcode: 2021OMExp..11.3930F.
- ↑ «Custom YAG (Yttrium Aluminium Garnet, Yttrium Aluminium Oxide Y3Al5O12) optics» (en en). Knight Optical. Consultat el 2022-03-15.
- ↑ Applied Optics.48(18)
- 3509–3514.ISSN 0003-6935.doi:10.1364/AO.48.003509.
- ↑ Kalisky, Yehoshua (1997). «Hosts for Solid State Luminescent Systems», Rotman (ed.). Wide-Gap Luminescent Materials: Theory and Applications: Theory and Applications, Springer Science & Business Mija. ISBN 9780792398370.
- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaGRG - ↑ Rulle. «How to Espot a Fake Diamond: What These 13 Tests Really Pixen!». International Gem Society. Consultat el 2021-02-15.
- ↑ 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 crystal (neodymium doped yttrium aluminium garnet)». Ret Optronics.
- ↑ (1996).Proceedings of the IEEE.54(10)doi:10.1109/PROC.1966.5112.
- ↑ (2006).Optics Communications.268(1)doi:10.1016/j.optcom.2006.07.002.
- ↑ Journal of Alloys and Compounds.797
- 931–939.doi:10.1016/j.jallcom.2019.05.216.Consultat el 2022-04-11.
- ↑ “An 115 W Yb:YAG planar waveguide laser fabricated via pulsed laser deposition” (EN) . Optical Materials Express 6 (1): 91. doi:. ISSN 2159-3930. Bibcode: 2016OMExp...6...91G.
- ↑ Koechner, Walter. Solid-state laser engineering, Springer, p. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
- ↑ Koechner, Walter. Solid-state laser engineering, Springer, p. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
- ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ (1989).Review of Scientific Instruments.60(12)
- 3702–3706.doi:10.1063/1.1140478.
- ↑ Journal of Luminescence.183
- 251–258.doi:10.1016/j.jlumin.2016.11.017.
- ↑ G. Blasse and A. Bril, "A new phosphor for flying-espot cathode-ray tubes for color televisions", Appl.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Granate de itrio y aluminio» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.