イットリウムアルミニウムガーネット

ネオジム添加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質であり、低出力の連続波レーザーからキロワットレベルの出力を持つ高出力Qスイッチ（パルス）レーザーまで、あらゆる用途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:YVO4_結晶の約2倍ですが、効率が劣り、安定性も低いため、より精密な温度制御が必要です。レーザー励起に最適なNd:YAGの吸収帯は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1064nmの赤外線を生成します 。この波長の光は、眼のレンズによって網膜に集束されるため、視覚にはかなり危険ですが、目には見えず、瞬目反射も引き起こしません。Nd:YAGレーザーは、周波数倍増結晶または周波数三倍結晶と併用​​することで、それぞれ波長532nmの緑色光 または波長355nm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モルパーセントの範囲です。パルスレーザーには高濃度のドーパントが、連続波レーザーには低濃度のドーパントが適しています。Nd:YAGはピンクがかった紫色をしており、ドープ濃度が低いロッドは、ドープ濃度が高いロッドよりも色が薄くなります。吸収スペクトルが狭いため、色相は観察する光によって変化します。

ネオジムとクロムをドープした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-双極子相互作用によって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を構成す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 ]}

エルビウム添加YAG（Er:YAG）は、2940 nmで発振する活性レーザー媒質です 。励起に適した吸収帯は広く、600～800  nmの間に位置しており、フラッシュランプ励起を効率的に行うことができます。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%が置換されます。Er:YAGレーザーの波長は水や体液によく結合するため、このレーザーは医療や歯科用途に特に有用です。歯のエナメル質の治療や美容整形に使用されます。Er:YAGは、血糖値の非侵襲的モニタリングに使用されます。Er:YAGの機械的特性は、基本的にNd:YAGと同じです。Er:YAGは、眼の損傷の閾値が比較的高い波長で動作し（光が網膜に到達する前に吸収されるため）、室温で良好に動作し、傾斜効率が高いです。Er:YAGはピンク色です。^{[ 14 ]}

イッテルビウム添加YAG（Yb:YAG）は、1030 nmで発振する活性レーザー媒質であり、 940 nmに 18 nmの広い吸収帯を持つ。^{[ 15 ]}これは、高出力ダイオード励起固体レーザーに最も有用な媒質の1つである。使用されるドーパント濃度は、置換されたイットリウム原子の0.2%から30%の範囲である。Yb:YAGは、非常に低い部分加熱、非常に高い傾斜効率^{[ 16 ]}、励起状態吸収やアップコンバージョンがなく、高い機械的強度と高い熱伝導率を持つ。Yb:YAGは、940 nmまたは970 nmの信頼性の高いInGaAsレーザーダイオードで励起することができる。   

 Yb:YAGは高出力用途において1064nm Nd:YAGの良い代替品となり、その周波数倍増版である515nmバージョンは514nmアルゴンレーザーの 代替となり得る。 

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と非常によく似た活性レーザー媒質材料です。添加されたセリウム原子は紫外領域で強く吸収し、そのエネルギーをネオジム原子に伝達することで励起効率を高めます。その結果、同じ励起レベルにおいてNd:YAGよりも熱歪みが少なく、出力が高くなります。発振波長は Nd:YAGと同じ1064 nmです。この材料は、励起光源からの紫外線による損傷に対する耐性が高く、発振閾値も低くなっています。通常、Y原子の1.1～1.4%がNdに、0.05～0.1%がCeに置換されます。

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質材料です。2080  nm でレーザー発振し、フラッシュランプまたはレーザーダイオードで励起できます。^{[ 17 ]}軍事、医療、気象学で広く使用されています。室温でよく動作し、傾斜効率が高く、眼の損傷の閾値が比較的高い波長で動作します。ダイオードで励起すると、 Tm ³⁺イオンの 785 nm バンドを使用できます。^{[ 17 ]}他の主要な励起バンドは 400 ～ 800 nm の間にあります 。使用されるドーパントレベルは、Ho 0.35 原子%、Tm 5.8 原子%、Cr 1.5 原子% です。ロッドは、クロム (III) によって緑色になります。

ツリウム添加YAG（Tm:YAG）は、1930～2040nmの波長域で動作する活性レーザー媒質です 。ダイオード励起に適しています。デュアルモードTm:YAGレーザーは、1GHzの間隔で2つの周波数を発振します 。

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固体で、コンパクトで低コストです。Cr:YAGは、高い損傷閾値、良好な熱伝導率、良好な化学的安定性、紫外線耐性、容易な加工性を備えています。フッ化リチウムや有機色素などの従来型のQスイッチング材料に取って代わりつつあります。使用されるドーパント濃度は0.5～3モルパーセントの範囲です。Cr:YAGは、Nd:YAG、 Nd:YLF、Nd:YVO4 _、  Yb :YAGをベースとした、1000～1200 nmの波長で動作するレーザーのパッシブQスイッチングに使用できます。

Cr:YAGはそれ自体がレーザー利得媒体としても使用でき、1350～1550 nmの間で出力が調整可能な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1064 nm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」における自己励起型位相共役ミラーとして、非線形光学の応用においてその有効性が実証されている。このようなミラーは、ループ共振器に誘起される位相収差と偏光収差の両方を補償する。

ジスプロシウム添加YAG（Dy:YAG）は、温度測定に使用される感温性蛍光体です。^{[ 19 ]}この蛍光体はレーザーパルスによって励起され、その温度依存性蛍光が観測されます。Dy:YAGは300～1700 Kの範囲で感度があります。^{[ 20 ]}この蛍光体は、測定対象の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ます。また、蛍光体変換型白色発光ダイオードにおける単相白色発光蛍光体としても研究されています。^{[ 21 ]}

サマリウム添加YAG（Sm:YAG）は、Dy:YAGと同様に温度に敏感な蛍光体である。

テルビウム添加YAG（Tb:YAG ）は、陰極線管に使用される蛍光体です。544nmの波長で黄緑色の光を発します 。

セリウム（III）ドープYAG（Ce:YAGまたはYAG:Ce）は、蛍光体であり、純粋な単結晶形態ではシンチレーターであり、幅広い用途があります。青色光、紫外線、またはX線を照射すると黄色光を発します。^{[ 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、それらが合わさって白色に見えます。このような構成では、理想的な演色性は得られません。出力輝度は温度の上昇とともに低下し、デバイスの色出力がさらに変化します。

Ce:YAGは、一部の水銀蒸気ランプの蛍光体の一つとして、Eu:Y(P,V)O ₄（リン酸バナジン酸イットリウム）と併用されることが多い。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）の光を発する。電子励起されると、残光はほとんどなく（減衰時間70 ns）、光電子増倍管での使用に適している。

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イメージングスクリーンなどに使用されています。

Ce:YAGはさらにガドリニウムを添加することができる。