イットリウムアルミニウムガーネット

イットリウムアルミニウムガーネット
一般的な
カテゴリ	合成鉱物
式 （繰り返し単位）	イットリウム3アルミニウム5O12​​
結晶系	キュービック
識別
色	通常は無色ですが、ピンク、赤、オレンジ、黄色、緑、青、紫の場合もあります。
胸の谷間	なし
骨折	貝殻状から不均一な
モース 硬度	8.5
光沢	ガラス質から亜アダマンチン質
比重	4.5～4.6
磨きの光沢	ガラス質から亜アダマンチン質
光学特性	単屈折
屈折率	1.833±0.010
複屈折	なし
多色性	なし
分散	0.028
紫外線 蛍光	無色の石 - 長波では不活性から中程度のオレンジ色、短波では不活性から弱いオレンジ色。青とピンクの石 - 不活性。黄緑色の石 - 長波と短波で非常に強い黄色で、燐光を発する。緑色の石 - 長波では強い赤色、短波では弱い赤色。
参考文献	[1]

イットリウムアルミニウムガーネット（YAG、Y ₃ Al ₅ O _{12 ）は、}ガーネットグループの合成結晶材料です。これは立方晶のイットリウムアルミニウム酸化物相であり、他の例としては、六方晶または斜方晶のペロブスカイトのような形のYAlO ₃（YAP ^[2]）や単斜晶のY ₄ Al ₂ O ₉（YAM ^[3]）があります。^[4]

YAGは、その幅広い光学的透明性^[5]、低い内部応力、高い硬度、耐薬品性、耐熱性により、さまざまな光学部品に使用されています。^{[6]サファイアとは異なり}複屈折がないため、高エネルギー/高出力レーザーシステムにとって興味深い材料となっています。YAGのレーザー損傷レベルは1.1～2.2 kJ/cm ² (1064 nm、10 ns)でした。 ^[7]

YAGは、ガーネットやサファイアと同様に、純粋な状態ではレーザー媒体としての用途はありません。しかし、適切なイオンをドープした後、YAGはさまざまな固体レーザーのホスト材料として一般的に使用されています。^[8]ネオジムやエルビウムなどの希土類元素は、活性レーザーイオンとしてYAGにドープすることができ、それぞれNd:YAGレーザーとEr:YAGレーザーを生成します。セリウムドープYAG（Ce:YAG）は、ブラウン管や白色発光ダイオードの蛍光体、およびシンチレーターとして使用されます。

YAG は、一時期^{[いつから？ ]}ダイヤモンドやその他の宝石の模造品としてジュエリーに使用されていました。色のバリエーションとその添加元素には、次のものがあります: ^[1]緑 (クロム)、青 (コバルト) 、赤 (マンガン)、黄 (チタン)、青/ピンク/紫 (ネオジム、光源による )、ピンク、オレンジ。ファセットカットされた宝石としては、その透明度、耐久性、高い屈折率と分散性、そして時にはアレキサンドライトのような変色特性を模倣するなどの特性により( 合成品として ) 高く評価されています。YAG の臨界角は 33 度です。YAG は天然ガーネットのようにカットされ、一般的な研磨ラップでアルミナまたはダイヤモンド( 50,000 または 100,000 グリット )を使用して研磨されます。YAG は熱に対する感受性が低いです。^[9]

合成宝石である YAG には、数多くの変種名や商標名があるほか、誤称も数多くあります。同義語には、アレクサイト、アママイト、サーコライト、ディアバッド、ディアマイト、ディアモジェム、ディアモネア、ディアモネ、ディアモニーク、ディアモナイト、ディアモンテ、ディヤグ、ジェミネア、ジェモネア、キンバリー、リンデ模造ダイヤモンド、ニエールジェム、レガレア、レプリケ、サマセット、トリアモンド、YAIG、イットリウムガーネットなどがあります。合成キュービックジルコニアの導入後、宝石取引用の生産量は減少し、1995 年の時点ではほとんど生産されていませんでした。^[1]合成ガーネットとして、また、キュービックジルコニアの非常に高い屈折率が望ましくないデザインとして、ある程度の需要があります。^{[要出典][アップデート]}

ネオジムドープYAG（Nd:YAG ）は1960年代初頭に開発され、最初の実用的なNd:YAGレーザーは1964年に発明されました。ネオジムYAGは固体レーザーで最も広く使用されている活性レーザー媒体であり、低出力の連続波レーザーからキロワット単位の電力レベルの高出力Qスイッチ（パルス）レーザーまで、あらゆるものに使用されています。 ^[10] Nd:YAGの熱伝導率は高く、蛍光寿命はNd:YVO ₄結晶の約2倍ですが、効率が低く、安定性が低いため、より正確に温度を制御する必要があります。レーザーをポンピングするためのNd:YAGの最適な吸収帯は807.5 nmを中心とし、幅は1 nmです。^[11]

ほとんどの Nd:YAG レーザーは、波長 1064 nm の赤外線を生成します。この波長の光は、目の水晶体によって網膜に焦点が合うため、視覚にとってかなり危険ですが、目に見えないため瞬き反射を引き起こしません。Nd:YAG レーザーは、周波数倍増結晶または周波数三倍増結晶と組み合わせて使用​​して、それぞれ波長 532 nm の緑色光または 355 nm の紫外線を生成すること もできます。

一般的に使用される Nd:YAG 結晶のドーパント濃度は、通常 0.5 ～ 1.4 モルパーセントです。パルス レーザーには高いドーパント濃度が使用され、連続波レーザーには低い濃度が適しています。Nd:YAG はピンクがかった紫色で、ドープ量が少ないロッドはドープ量が多いロッドよりも色が薄くなっています。吸収スペクトルが狭いため、色相は観察される光によって異なります。

ネオジムとクロムを添加したYAG （Nd:Cr:YAGまたはNd/Cr:YAG）は、Nd:YAGよりも優れた吸収特性を持っています。これは、エネルギーがCr ³⁺ドーパントの広い吸収帯によって吸収され、その後双極子間相互作用によってNd ^{3+に伝達されるためです。 [12]この材料は、}太陽光発電衛星システムの一部となる可能性のある太陽光励起レーザー での使用が提案されています。^[13]

エルビウムドープYAG（Er:YAG）は、2940 nmでレーザーを発する活性レーザー媒体である。ポンピングに適した吸収帯は広く、600～800 nmにあるため、フラッシュランプのポンピングを効率的に行うことができる。使用されるドーパント濃度は高く、イットリウム原子の約50%が置換されている。Er:YAGレーザーの波長は水や体液とよく結合するため、このレーザーは特に医療や歯科で有用であり、歯のエナメル質の治療や美容整形に使用されている。Er:YAGは、血糖値の非侵襲的モニタリングに使用されている。Er:YAGの機械的特性は、基本的にNd:YAGと同じである。Er:YAGは、眼の損傷閾値が比較的高い波長で動作し（光が網膜に当たる前に吸収されるため）、室温で良好に機能し、高い傾斜効率を有する。Er:YAGはピンク色である。^[14]

イッテルビウム添加YAG（Yb:YAG）は、1030 nmでレーザー発振する活性レーザー媒体であり、940 nmに18 nmの幅広い吸収帯を持っています。^{[15]これは、高出力}ダイオード励起固体レーザーにとって最も有用な媒体の1つです。使用されるドーパントレベルは、置換されたイットリウム原子の0.2％から30％の範囲です。Yb:YAGは、非常に低い分数加熱、非常に高いスロープ効率、^{[16] 、励起状態吸収またはアップコンバージョンがなく、機械的強度が高く、熱伝導率が高いという特徴があります。Yb:YAGは、信頼性の高い}InGaAs レーザーダイオードによって940または970 nmで 励起できます。

Yb:YAG は、高出力アプリケーションにおいて 1064 nm Nd:YAG の優れた代替品であり、その周波数倍増 515 nm バージョンは 514 nmアルゴン レーザーを置き換えることができます。

ネオジム-セリウム二重ドープ YAG ( Nd:Ce:YAG、またはNd,Ce:YAG ) は、Nd:YAG に非常によく似た活性レーザー媒体材料です。追加されたセリウム原子は紫外線領域で強力に吸収し、そのエネルギーをネオジム原子に伝達してポンピング効率を高めます。その結果、同じポンピングレベルでは Nd:YAG よりも熱歪みが少なく、出力が高くなります。レーザー波長は 1064 nm で、Nd:YAG と同じです。この材料は、ポンプ ソースからの紫外線による損傷に強く、レーザーしきい値が低くなっています。通常、Y 原子の 1.1～1.4% が Nd に、0.05～0.1% が Ce に置き換えられます。

ホルミウム-クロム-ツリウム三重ドープ YAG ( Ho:Cr:Tm:YAG、またはHo,Cr,Tm:YAG ) は、高効率の活性レーザー媒体材料です。 2080 nm でレーザーを発振し、フラッシュランプまたはレーザーダイオードでポンピングできます。^[17]軍事、医療、気象学で広く使用されています。 室温で良好に動作し、スロープ効率が高く、目の損傷の閾値が比較的高い波長で動作します。 ダイオードでポンピングする場合、Tm ³⁺イオンの 785 nm 帯域を使用できます。^[17]その他の主なポンプ帯域は 400 ～ 800 nm にあります。 使用されるドーパントレベルは、0.35 原子% Ho、5.8 原子% Tm、および 1.5 原子% Cr です。 ロッドはクロム (III) によって緑色になっています。

ツリウム添加 YAG ( Tm:YAG ) は、1930 ～ 2040 nm で動作するアクティブ レーザー媒体です。ダイオード ポンピングに適しています。デュアル モード Tm:YAG レーザーは、1 GHz 離れた 2 つの周波数を放射します。

クロム(IV) ドープ YAG ( Cr:YAG ) は、0.9～1.2 マイクロメートルのスペクトル領域で大きな吸収断面積を提供するため、Nd ドープ レーザーのパッシブQ スイッチとして魅力的な選択肢となります。結果として得られるデバイスは、ソリッド ステートで、コンパクトかつ低コストです。Cr:YAG は、損傷しきい値が高く、熱伝導性、化学的安定性に優れ、紫外線に耐性があり、機械加工が容易です。フッ化リチウムや有機染料などの従来の Q スイッチ材料に代わるものです。使用されるドーパント レベルは、0.5 ～ 3 パーセント (モル) です。Cr:YAG は、Nd:YAG、 Nd:YLF、Nd:YVO ₄ 、Yb:YAGをベースにしたレーザーなど、1000 ～ 1200 nm の波長で動作するレーザーのパッシブ Q スイッチに使用できます。

Cr:YAGはレーザー増幅媒体としても使用でき、1350～1550nmの範囲で出力を調整できる波長可変レーザーを生成する。Cr:YAGレーザーは、Nd:YAGレーザーによって1064nmで励起されると、超短パルス（フェムト秒範囲）を生成できる。^[18]

Cr:YAG は、Nd:YAG「ループ共振器」内の自己ポンプ位相共役ミラーとして非線形光学の応用で実証されています。 ^[要出典]このようなミラーは、ループ共振器に誘発される位相収差と偏光収差の両方を補正します。

ジスプロシウム添加YAG（Dy:YAG ）は温度測定に使用される温度感受性蛍光体である。 ^[19]蛍光体はレーザーパルスによって励起され、温度依存の蛍光が観察される。Dy:YAGは300～1700 Kの範囲で感度がある。^{[20]蛍光体は測定対象表面に直接塗布することも、}光ファイバーの端に塗布することもできる。また、蛍光体変換白色発光ダイオードの単相白色発光蛍光体としても研究されている。^[21]

サマリウム添加 YAG ( Sm:YAG ) は Dy:YAG に似た温度に敏感な蛍光体です。

テルビウム添加 YAG ( Tb:YAG ) は、ブラウン管で使用される蛍光体です。544 nm で黄緑色を放射します。

セリウム(III) ドープ YAG ( Ce:YAGまたはYAG:Ce ) は、幅広い用途を持つ蛍光体、または純粋な単結晶のシンチレータです。青色光や紫外線、X 線にさらされると黄色の光を発します。 ^[22]白色発光ダイオードでは、高輝度青色 InGaN ダイオードのコーティングとして使用され、青色光の一部を黄色に変換して白色として表示されます。このような配置では、理想的な色再現性が得られません。温度が上昇すると出力輝度が低下し、デバイスの色出力がさらに変化します。^[要出典]

Ce:YAG は、一部の水銀灯でも蛍光体の 1 つとして使用され、多くの場合、Eu:Y(P,V)O ₄ (リン酸バナジン酸イットリウム) とともに使用されます。また、陰極線管の蛍光体としても使用され、緑色 (530 nm) から黄緑色 (550 nm) の光を発します。電子励起されると、残光がほとんどありません (減衰時間は 70 ns)。光電子増倍管での使用に適しています。

Ce:YAG は、 PET スキャナー、高エネルギーガンマ線および荷電粒子検出器、ガンマ線、 X 線、ベータ線、紫外線用の高解像度画像スクリーンに使用されます。

Ce:YAG にはガドリニウムをさらに添加することができます。

• Er:YAGレーザー
• マイクロプルダウン
• Nd:YAGレーザー
• イットリウム鉄ガーネット