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Granate de itrio aluminio
Granate de itrio-aluminio (piedra preciosa sintética) 1.jpg
General
Categoríamineral sintético
Fórmula (unidad de repetición)Y 3 Al 5 O 12
Sistema de cristalcúbico
Identificación
Colorgeneralmente incoloro, pero puede ser rosa, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta
Escoteninguno
Fracturaconcoidal a desigual
Escala de Mohs de dureza8.5
Lustrevítreo a subadamantina
Gravedad específica4.5 - 4.6
Brillo polacovítreo a subadamantina
Propiedades ópticasRefractivo único
Índice de refracción1.833 (+/- .010)
Birrefringencianinguno
Pleocroísmoninguno
Dispersión.028
Fluorescencia ultravioletapiedras incoloras - naranja inerte a moderado en onda larga, naranja inerte a débil en onda corta; piedras azules y rosadas - inertes; piedras de color amarillo verdoso : amarillo muy fuerte en onda larga y corta, también fosforescentes; Piedras verdes : rojo fuerte en onda larga, rojo débil en onda corta
Referencias[1]

El granate de itrio aluminio ( YAG , Y 3 Al 5 O 12 ) es un material cristalino sintético del grupo de los granates . Es una fase cúbica de óxido de itrio y aluminio , siendo otros ejemplos YAlO 3 (YAP [2] ) en forma hexagonal u ortorrómbica, similar a la perovskita , y la Y 4 Al 2 O 9 monoclínica (YAM [3] ). [4]

YAG, como el granate y el zafiro , no tiene usos como medio láser cuando es puro. Sin embargo, después de ser dopado con un ión apropiado, YAG se usa comúnmente como material huésped en varios láseres de estado sólido . [5] Los elementos de tierras raras como el neodimio y el erbio se pueden dopar en YAG como iones láser activos, produciendo láseres Nd: YAG y Er: YAG , respectivamente. El YAG dopado con cerio (Ce: YAG) se utiliza como fósforo en tubos de rayos catódicos y diodos emisores de luz blanca , y como centelleador .

Gemstone YAG [ editar ]

YAG durante un período se utilizó en joyería como diamante y otros simuladores de piedras preciosas . Las variantes de color y sus elementos de dopaje incluyen: [1] verde ( cromo ), azul ( cobalto ), rojo ( manganeso ), amarillo ( titanio ), azul / rosa / violeta ( neodimio , según la fuente de luz), rosa y naranja. Como gemas facetadas, son valoradas (como sintéticas) por su claridad, durabilidad, alto índice de refracción y dispersión , y ocasionalmente propiedades como simular la propiedad de cambio de color de Alejandrita . El ángulo críticode YAG es de 33 grados. Corta YAG como el granate natural , y el pulido se realiza con alúmina o diamante (grano 50.000 o 100.000) en las vueltas de pulido habituales. YAG tiene baja sensibilidad al calor. [6]

Como piedra preciosa sintética, YAG tiene numerosos nombres comerciales y varietales, así como varios nombres inapropiados. Nombres sinónimos incluyen: alexite , amamite , circolite , dia-brote , Diamite , diamogem , diamonair , Diamone , diamonique , Diamonite , diamonte , di'yag , geminair , gemonair , Kimberly , diamante Linde simulado , nier-joya , regalair , replique , voltereta, triamond , YAIG y granate de itrio . La producción para el comercio de gemas disminuyó después de la introducción de zirconia cúbica sintética ; a partir de 1995 había poca producción. [1] Existe cierta demanda como granate sintético y para diseños en los que el índice de refracción muy alto de la zirconia cúbica no es deseable. [ cita requerida ]

Variedades de uso técnico [ editar ]

Nd: YAG [ editar ]

Artículo principal: láser Nd: YAG
Varilla láser Nd: YAG de 0,5 cm de diámetro.

Neodimio - dopado YAG ( Nd: YAG ) fue desarrollado en la década de 1960, y el primer trabajo de Nd: YAG fue inventado en 1964. neodimio-YAG es el más utilizado medio activo en láseres de estado sólido , que se utiliza para todo desde láseres de onda continua de baja potencia hasta láseres de conmutación Q (pulsados) de alta potencia con niveles de potencia medidos en kilovatios. [7] La conductividad térmica de Nd: YAG es mayor y su vida útil de fluorescencia es aproximadamente el doble que la de Nd: YVO 4cristales, sin embargo, no es tan eficiente y es menos estable, requiriendo temperaturas controladas con mayor precisión. La mejor banda de absorción de Nd: YAG para bombear el láser está centrada a 807,5 nm y tiene 1 nm de ancho. [8]

La mayoría de los láseres Nd: YAG producen luz infrarroja a una longitud de onda de 1064 nm. La luz en esta longitud de onda es bastante peligrosa para la visión, ya que la lente del ojo puede enfocarla en la retina , pero la luz es invisible y no activa el reflejo de parpadeo . Los láseres Nd: YAG también se pueden utilizar con cristales de duplicación de frecuencia o triplicación de frecuencia , para producir luz verde con una longitud de onda de 532 nm o luz ultravioleta a 355 nm, respectivamente.

La concentración de dopante en los cristales de Nd: YAG utilizados habitualmente varía entre 0,5 y 1,4 por ciento molar. Se usa una concentración más alta de dopante para láseres pulsados; una concentración más baja es adecuada para láseres de onda continua. Nd: YAG es de color púrpura rosado, con varillas dopadas más claras con colores menos intensos que las dopadas más pesadas. Dado que su espectro de absorción es estrecho, el tono depende de la luz bajo la cual se observa.

Nd: Cr: YAG [ editar ]

YAG dopado con neodimio y cromo ( Nd: Cr: YAG o Nd / Cr: YAG ) tiene características de absorción que son superiores a Nd: YAG. Esto se debe a que la energía es absorbida por las amplias bandas de absorción del dopante Cr 3+ y luego se transfiere a Nd 3+ mediante interacciones dipolo-dipolo. [9] Se ha sugerido que este material se utilice en láseres de bombeo solar , que podrían formar parte de un sistema de satélites de energía solar . [10]

Er: YAG [ editar ]

Artículo principal: Er: láser YAG

El YAG dopado con erbio ( Er: YAG ) es un medio láser activo que lanza láser a 2940 nm. Sus bandas de absorción aptas para bombeo son anchas y ubicadas entre 600 y 800 nm, lo que permite un bombeo eficiente de la lámpara de destellos. La concentración de dopante utilizada es alta: se reemplaza aproximadamente el 50% de los átomos de itrio. La longitud de onda del láser Er: YAG se acopla bien con el agua y los fluidos corporales, lo que hace que este láser sea especialmente útil para usos en medicina y odontología; se utiliza para el tratamiento del esmalte dental y en cirugía estética. Er: YAG se utiliza para la monitorización no invasiva del azúcar en sangre . Las propiedades mecánicas de Er: YAG son esencialmente las mismas que las de Nd: YAG. Er: YAG opera en longitudes de onda donde el umbral de daño ocular es relativamente alto (ya que la luz se absorbe antes de golpear elretina ), funciona bien a temperatura ambiente y tiene una alta eficiencia de pendiente . Er: YAG es verde pálido.

Yb: YAG [ editar ]

El YAG dopado con iterbio ( Yb: YAG ) es un medio de láser activo que actúa a 1030 nm, con una amplia banda de absorción de 18 nm a 940 nm. [11] Es uno de los medios más útiles para láseres de estado sólido bombeados por diodos de alta potencia . Los niveles de dopante utilizados oscilan entre el 0,2% y el 30% de los átomos de itrio reemplazados. Yb: YAG tiene un calentamiento fraccional muy bajo, una eficiencia de pendiente muy alta , [12] y ninguna absorción o conversión ascendente en estado excitado, alta resistencia mecánica y alta conductividad térmica. Yb: YAG se puede bombear mediante diodos láser InGaAs fiables a 940 o 970 nm.

Yb: YAG es un buen sustituto de Nd: YAG de 1064 nm en aplicaciones de alta potencia, y su versión de 515 nm de frecuencia duplicada puede reemplazar los láseres de argón de 514 nm .

Nd: Ce: YAG [ editar ]

El YAG de neodimio - cerio doble dopado ( Nd: Ce: YAG , o Nd, Ce: YAG ) es un material de medio láser activo muy similar al Nd: YAG. Los átomos de cerio añadidos absorben fuertemente en la región ultravioleta y transfieren su energía a los átomos de neodimio, aumentando la eficiencia de bombeo; el resultado es una menor distorsión térmica y una mayor potencia de salida que Nd: YAG al mismo nivel de bombeo. La longitud de onda láser, 1064 nm, es la misma que para Nd: YAG. El material tiene una buena resistencia a los daños causados ​​por los rayos UV de la fuente de la bomba y un umbral de láser bajo . Por lo general, el 1,1–1,4% de los átomos de Y se reemplazan con Nd y el 0,05–0,1% con Ce.

Ho: Cr: Tm: YAG [ editar ]

El YAG de holmio - cromo - tulio triple dopado ( Ho: Cr: Tm: YAG , o Ho, Cr, Tm: YAG ) es un material medio láser activo con alta eficiencia. Tiene una duración de 2080 nm y puede ser bombeada por una lámpara de destellos o un diodo láser. [13] Es ampliamente utilizado en el ámbito militar, la medicina y la meteorología. Funciona bien a temperatura ambiente, tiene una alta eficiencia de pendiente y funciona a una longitud de onda en la que el umbral de daño ocular es relativamente alto. Cuando es bombeado por un diodo, se puede usar la banda de 785 nm para el ion Tm 3+ . [13]Otras bandas de bombeo importantes se encuentran entre 400 y 800 nm. Los niveles de dopante utilizados son 0,35% en átomos de Ho, 5,8% en átomos de Tm y 1,5% en átomos de Cr. Las varillas tienen color verde, impartido por cromo (III).

Tm: YAG [ editar ]

YAG dopado con tulio ( Tm: YAG ) es un medio láser activo que opera entre 1930 y 2040 nm. Es adecuado para bombeo de diodos. Un láser Tm: YAG de modo dual emite dos frecuencias separadas por 1 GHz.

Cr 4+ : YAG [ editar ]

El YAG dopado con cromo (IV) ( Cr: YAG ) proporciona una gran sección transversal de absorción en la región espectral de 0.9-1.2 micrómetros, lo que lo convierte en una opción atractiva como interruptor Q pasivo para láseres dopados con Nd. Los dispositivos resultantes son de estado sólido, compactos y de bajo costo. Cr: YAG tiene un alto umbral de daño, buena conductividad térmica, buena estabilidad química, resiste la radiación ultravioleta y es fácilmente mecanizable. Está reemplazando los materiales de conmutación Q más tradicionales como el fluoruro de litio y los tintes orgánicos . Los niveles de dopante utilizados oscilan entre el 0,5 y el 3 por ciento (molar). Cr: YAG se puede utilizar para la conmutación Q pasiva de láseres que operan a longitudes de onda entre 1000 y 1200 nm, como los basados ​​en Nd: YAG,Nd: YLF , Nd: YVO 4 e Yb: YAG.

Cr: YAG también se puede utilizar como medio de ganancia de láser, produciendo láseres sintonizables con salidas ajustables entre 1350 y 1550 nm. El láser Cr: YAG puede generar pulsos ultracortos (en el rango de femtosegundos) cuando es bombeado a 1064 nm por un láser Nd: YAG. [14]

Cr: YAG se ha demostrado en una aplicación de óptica no lineal como un espejo conjugado de fase auto-bombeado en un "resonador de bucle" Nd: YAG. [ cita requerida ] Tal espejo proporciona compensación de aberraciones de fase y polarización inducidas en el resonador de bucle.

Dy: YAG [ editar ]

El YAG dopado con disprosio ( Dy: YAG ) es un fósforo sensible a la temperatura que se utiliza en las mediciones de temperatura. El fósforo se excita mediante un pulso láser y se observa su fluorescencia dependiente de la temperatura. Dy: YAG es sensible en rangos de 300 a 1700 K . [15] El fósforo se puede aplicar directamente a la superficie medida o al extremo de una fibra óptica . También se ha estudiado como un fósforo emisor de luz blanca monofásico en diodos emisores de luz blanca convertidos en fósforo. [dieciséis]

Sm: YAG [ editar ]

YAG dopado con samario ( Sm: YAG ) es un fósforo sensible a la temperatura similar a Dy: YAG.

Tb: YAG [ editar ]

YAG dopado con terbio ( Tb: YAG ) es un fósforo utilizado en tubos de rayos catódicos. Emite en color amarillo verdoso, a 544 nm.

Ce: YAG [ editar ]

YAG dopado con cerio (III) ( Ce: YAG o YAG: Ce ) es un fósforo, o un centelleador cuando está en forma de monocristal puro , con una amplia gama de usos. Emite luz amarilla cuando se somete a luz azul o ultravioleta o rayos X. [17] Se utiliza en diodos emisores de luz blanca como revestimiento de un diodo InGaN azul de alto brillo, convirtiendo parte de la luz azul en amarilla, que en conjunto aparecen como blancas. Tal disposición da una reproducción de color menos que ideal . El brillo de salida disminuye al aumentar la temperatura, alterando aún más la salida de color del dispositivo. [ cita requerida ]

Ce: YAG también se utiliza en algunas lámparas de vapor de mercurio como uno de los fósforos, a menudo junto con Eu: Y (P, V) O 4 (fosfato de itrio-vanadato). También se utiliza como fósforo en tubos de rayos catódicos , donde emite luz verde (530 nm) a amarillo-verde (550 nm). Cuando es excitado por electrones, prácticamente no tiene resplandor (tiempo de desintegración de 70 ns). Es adecuado para su uso en fotomultiplicadores .

Ce: YAG se utiliza en escáneres PET , detectores de partículas cargadas y radiación gamma de alta energía , y pantallas de imágenes de alta resolución para rayos gamma, rayos X , radiación beta y radiación ultravioleta .

Ce: YAG se puede dopar más con gadolinum .

Ver también [ editar ]

  • Granate de hierro itrio
  • Micro-Pulling-Down
  • Nd: láser YAG
  • Er: láser YAG

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c Instituto Gemológico de América , Guía de referencia de gemas de GIA 1995, ISBN  0-87311-019-6
  2. ^ " YAlO3; YAP ( YAlO3ht) Crystal Structure " . Springer Materials . Consultado el 23 de diciembre de 2019 ..
  3. ^ " Y4Alabama2O9; Ñame ( Y4Alabama2O9rt) Crystal Structure " . Springer Materials . Consultado el 28 de enero de 2020 .
  4. ^ Sim, SM; Keller, KA; Mah, TI (2000). "Formación de fases en polvos de granate de itrio y aluminio sintetizados por métodos químicos". Revista de ciencia de materiales . 35 (3): 713–717. Código Bibliográfico : 2000JMatS..35..713S . doi : 10.1023 / A: 1004709401795 . S2CID 92455146 . 
  5. ^ Kalisky, Yehoshua (1997). "Hosts para sistemas luminiscentes de estado sólido". En Rotman, Stanley R. (ed.). Materiales luminiscentes de amplio espacio: teoría y aplicaciones: teoría y aplicaciones . Springer Science & Business Media. ISBN 9780792398370.
  6. ^ Arroz, Addison. "Cómo detectar un diamante falso: ¡Qué significan realmente estas 13 pruebas!" . Sociedad Internacional de Gemas . Consultado el 15 de febrero de 2021 .
  7. ^ V. Lupei, A. Lupei "Nd: YAG en su 50 aniversario: aún por aprender" Journal of Luminescence 2015, doi : 10.1016 / j.jlumin.2015.04.018
  8. ^ "Cristal ND: YAG (granate de aluminio de itrio dopado con neodimio)" . Optrónica roja .
  9. ^ ZJ Kiss y RJ Pressley (1996). "Láseres sólidos cristalinos". Actas del IEEE . 54 (10): 1236. doi : 10.1109 / PROC.1966.5112 .
  10. ^ Saiki, T; Imasaki, K; Motokoshi, S; Yamanaka, C; Fujita, H; Nakatsuka, M; Izawa, Y (2006). "Nd / Cr tipo disco: láseres cerámicos YAG bombeados por lámpara de halogenuros metálicos de arco". Comunicaciones ópticas . 268 (1): 155. Código Bibliográfico : 2006OptCo.268..155S . doi : 10.1016 / j.optcom.2006.07.002 .
  11. ^ Grant-Jacob, James A .; Beecher, Stephen J .; Parsonage, Tina L .; Hua, Ping; Mackenzie, Jacob I .; Pastor, David P .; Eason, Robert W. (1 de enero de 2016). "Un láser de guía de ondas planar Yb: YAG de 115 W fabricado mediante deposición de láser pulsado" (PDF) . Materiales ópticos Express . 6 (1): 91. Bibcode : 2016OMExp ... 6 ... 91G . doi : 10.1364 / ome.6.000091 . ISSN 2159-3930 .  
  12. ^ Beecher, Stephen J .; Grant-Jacob, James A .; Hua, Ping; Pastor, David; Eason, Robert W .; Mackenzie, Jacob I. (30 de octubre de 2016). "Rendimiento láser de películas delgadas de granate dopado con Yb producidas por deposición láser pulsada" . Congreso de Láseres 2016 (ASSL, LSC, LAC) . Sociedad Óptica de América: AM3A.3. doi : 10.1364 / assl.2016.am3a.3 . ISBN 978-1-943580-20-0.
  13. ↑ a b Koechner, Walter (2006). Ingeniería láser de estado sólido . Saltador. pag. 49. ISBN 978-0-387-29094-2.
  14. ^ Paschotta, Rüdiger. "Medios de ganancia dopados con cromo" . Enciclopedia de Física y Tecnología Láser . RP Photonics . Consultado el 2 de abril de 2011 .
  15. ^ Goss, LP; Smith, AA; Post, ME (1989). "Termometría de superficie por fluorescencia inducida por láser". Revisión de instrumentos científicos . 60 (12): 3702–3706. Código Bibliográfico : 1989RScI ... 60.3702G . doi : 10.1063 / 1.1140478 .
  16. ^ Carreira, JFC (2017). "YAG: fósforo emisor de luz blanca única basado en Dy producido por síntesis de combustión en solución". Diario de luminiscencia . 183 : 251-258. Código bibliográfico : 2017JLum..183..251C . doi : 10.1016 / j.jlumin.2016.11.017 .
  17. ^ G. Blasse y A. Bril, "Un nuevo fósforo para tubos de rayos catódicos de puntos voladores para televisores en color", Appl. Phys. Lett., 11, 1967, 53-54 doi : 10.1063 / 1.1755025