Иттрий алюминиевый гранат. Алюмо-Иттриевый гранат (АИГ)
Титанат стронция (фабулит)
По сравнению с рутилом этот синтетический камень более подходит для замены алмаза в ювелирных изделиях. Он совершенно бесцветен, оптически изотропен, и его показатель преломления (2,41) аналогичен алмазу. Дисперсия у фабулита (0,1 - 0,2) более высокая, что обеспечивает кра-сивую игру при изменении углов падения лучей света или освещения. Твердость фабулита 5,5 - 6,5, поэтому его целесообразно использовать для изготовления серег или кулонов, а не в кольцах, где он быстрее изотрется.
Синтез титаната стронция осуществляется по известному методу М. А. Вернейля.
После выращивания кристаллы обязательно отжигают в струе кислорода при низкой температуре. За рубежом промышленный выпуск фабу-лита осуществляет фирма "Националь Лед и К°" (США). В СССР фабулит не выпускается.
Иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ)
Иттрий-алюминиевая окись (Y 3 A1 5 O 12) имеет структуру граната и чаще называется иттрий-алюминиевый гранат - ИАГ или гранатит. Выращивает-ся ИАГ чаще всего по методу Чохральского, однако хорошие результаты дает и метод кристаллизации из расплава с флюсом. Условия синтеза ИАГа весьма подобны условиям выращивания корунда.
Вначале иттрий-алюминиевый гранат применялся только в технике; добавляя некоторые лантаноиды (в частности, неодим), выращивали кристаллы, используемые в лазерной технике: кроме того, кристаллы ИАГ служат подложкой при синтезе ферримагнитных гранатов, применяемых в лазерной технике и радиоэлектронике.
В последние годы ИАГ широко применяют в ювелирных изделиях. Благодаря добавкам лантаноидов стало возможно получать кристаллы разного цвета - красные, зеленые, желтые, коричневые и др., не встречающиеся в природе. За рубежом ИАГ выпускает ряд фирм, наибольшую по-пулярность имеют гранаты фирмы "Линда" (США).
В СССР ИАГ изготавливают по методу направленной кристаллизации, позволяющему выращивать идеально правильные и чистые кристаллы.
Искусственный гранат образуется при высоких температурах в глубоком вакууме в специальных аппаратах. Завод выпускает светлые гранаты, розовые, желтые и зеленые. Время синтеза - около 4 суток. Ведутся иссле-дования, направленные на получение кристаллов ИАГ любой окраски - от пурпурной и лимонной до чисто-голубой и сиреневой.
Ниобат лития
Ниобат лития - LiNbO 3 - относительно мягкий синтетический камень (твердость около 5,5 по шкале Мооса). Интересен он прежде всего оптическими свойствами, что позволило использовать его в лазерной технике. Показатель преломления его 2,2 -2,3, дисперсия вы-сокая 0,12, что обеспечивает красивую игру камня.
Кристаллы выращивают по методу Чохральского. При добавках в расплав окислов металлов переходной группы можно получить кристаллы различной окраски: при введении окиси хрома - зеленую, окиси железа -красную, окиси кобальта - голубую или синюю. В СССР ниобат лития не синтезируют.
Существует несколько видов синтезированных камней которые не встречаются в природе. Эти кристаллы вырастили случайно когда производили исследования в области физики твёрдого тела. Некоторые из этих кристаллов после огранки начали использовать в ювелирном деле.
Титанат стронция
Одним из таких является синтетический титанат стронция которое вырастили в горелке Вернейля. Титанат стронция имеет химический состав SrTiO3. Титанат стронция как и минерал перовскит (CaTiO3) очень схожи по своей кубической структуре и форме кристаллов. Титанат стронция изотропен, почти бесцветен, имеет показатель преломления в натриевом свете 2,410, дисперсию 0,19 в интервале от B до G, удельный вес 5,1, твёрдость 6. Титанат стронция также имеет и другие названия такие как старилиан, фабулит, диагем. Титанат стронция с бриллиантовой огранкой очень похож на алмаз хотя его легко можно распознать даже по твёрдости или по удельному весу у алмаза он составляет 3,52, к тому же он не флюоресцирует в ультрафиолетовом свете. Из-за того что титанат стронция легко отличить от алмаза его не стали использовать в ювелирном деле.
Ниобат лития
Ещё одно вещество которое не встречается в природе но искусственно можно вырастить это ниобат лития. Ниобат натрия попал на ювелирный рынок Америки под названием Линобат. Ниобат лития выращивают в основном бесцветным но если добавить специальные присадки то он может приобрести цвет от красного до фиолетового. Ниобат лития имеет химический состав LiNbO3. По своим химическим свойствам он очень близок к свойствам титаната стронция. Но в отличие от Титаната стронция это искусственно выращенное вещество не изотропное, а одноосное или по другому тригональное. Ниобат лития имеет показатели преломления обыкновенного луча в натровом свете 2,30, показатели преломления не обыкновенного луча 2.21. У ниобата лития твёрдость 5,5, удельный вес 4,64, дисперсия 0,120 в интервале от B до G, что в 3 раза выше дисперсии алмаза.
Физики синтезировали несколько веществ по структуре очень похожими на гранаты. Такие минералы в природе не встречаются. Эти гранатоподобные вещества имеют химическую формулу X3AL3O12. Эти вещества создают в горелке Вернейля или по методу Чохральского при котором подвешенный над расплавом натуральный минерал в качестве затравки опускают до того момента когда она прикоснётся к поверхности расплава, а затем её поднимают и при этом её вращают. Из-за этого кристалл получается крупным цилиндрической формы. Такой процесс ещё называют вытягиванием из расплава. Самыми востребованными из этих веществ являются Иттрий алюминиевого граната и Даймонэр. Обычно Иттрий алюминиевый гранат и Даймонэр изготавливают бесцветными но можно придать им различный цвет добавив для этого специальную примесь. Например если добавить хром то вещество приобретёт зелёную окраску и станет похожим на демантоид. Отличить синтетическое вещество от демантоида можно по удельному весу так как у вещества удельный вес 4,6, а у демантоида намного меньше.
Одним из наиболее широко используемых в настоящее время твердотельных лазеров является лазер, в котором матрицей служит иттрий-алюминиевый гранат а активатором - ионы . Принятое обозначение этого лазера
Лазер имеет сравнительно низкий порог возбуждения и высокую теплопроводность, что позволяет реализовать генерацию при большой частоте следования импульсов, а также генерацию в непрерывном режиме. КПД лазера сравнительно высок; он достигает нескольких процентов.
Основные переходы иона неодима в гранате показаны на рис. 1.16. Переходы совершаются между определенными атомными которые изображены на рисунке в виде «энергетических полос». Каждой «полосе» (каждому терму) соответствует группа относительно узких энергетических уровней, возникших в результате расщепления данного терма в электрическом поле кристаллической решетки граната (штарковское расщепление).
В процессе накачки ионы неодима переходят из основного состояния, соответствующего терму в три группы состояний: А, Б, В. Группа А соответствует термам группа Б - термам и группа В - терму Этим трем группам состояний отвечают три полосы в спектре поглощения неодима в гранате,
представленном на рис. 1.17, а (соответственно А-, Б- и В-полосы). Тонкая структура полос поглощения, хорошо видная на рисунке, отражает эффект штарковского расщепления термов.
Терм является верхним рабочим «уровнем». Ионы неодима высвечиваются, переходя с этого «уровня» на уровни, соответствующие термам . Основная доля энергии (60%) высвечивается в переходах в качестве нижних рабочих уровней принято рассматривать уровни, соответствующие терму На рис. представлен спектр люминесценции неодима в гранате для переходов Спектр содержит 7 линий; наиболее интенсивны линии 1,0615 и 1,0642 мкм. В табл. 1.1 приведены значения длин волн для 18 линий люминесценции с учетом различных переходов 114]; данные получены при температуре 300 К. При упрощенном рассмотрении лазера можно пользоваться четырехуровневой рабочей схемой; основной «уровень» - терм 4/9/2, нижний рабочий «уровень» - терм верхний рабочий «уровень» - терм «уровень» возбуждения - термы и Заметим, что переходы запрещены в дипольном приближении (оптически запрещены), поскольку при таких переходах орбитальное квантовое число иона неодима изменяется на 3; следовательно, состояния, соответствующие -термам, являются метастабильными.
Алюмо-Иттриевый гранат (АИГ) это оптический материал пригодный для использования в УФ и ИК оптике . Изделия из YAG можно применять в качестве оптических элементов в широкой области спектра от 250-5000 нм. Механические и химические свойства YAG близки к сапфиру, однако YAG не обладает двулучепреломлением и его обработка несколько проще,чем обработка сапфира. YAG не имеет линий поглощения в области 2 – 3мкм, где обычно стекла имеют тенденцию высокого поглощения из за сильных связей молекул воды. Благодаря высоким показателям прочности, порога разрушения, показателя преломления и теплопроводности YAG может быть использован при высоких температурах и в высокомощных лазерах.
Мы используем для нашей оптики высококачественные кристаллы, выращеные по методу Чохральского и горизонтальным методом по выбору заказчика. Наша фирма осуществляет лазерную полировку YAG, изготавливая светопроводы, призмы и зеркала.
|
Оптические свойства |
|
| Область пропускания, мкм | 0.21 to 5.3 |
| Показатель преломления, при 1.064 мкм | 1.82 |
| Потери при отражении, % для двух поверхностей 1.064 мкм | 16.7% |
| Термооптический фактор (dT), 633 нм | 7.3 * 10 -6 * K -1 |
|
Физические свойства |
|
| Плотность, г/см3(20°C) | 4.56 |
| Растворимость | Нерастворим в воде |
| Тип материала | Синтетический монокристалл |
| Кристаллическая структура | кубическая |
| Точка плавления °C | 1940 |
| Теплопроводность W * cm -1 * °K -1 | 0.14 |
| Температурный коэффициент линейного расширения 1/°C | 7.8 x 10 -6 |
| Удельная теплоёмкость J /(kg * K ) at 0 °C | 590 |
| Диэлектрическая постоянная | 11.7 |
| Модуль Юнга (E ), GPa | 300 |
| Коэффициенты упругости | C 11 = 333 C 12 = 111 C 44 = 115 |
| предел упругости MPa | 280 |
| Твёрдость по Моосу | ~8,5 |
Иттрий алюминиевый гранат легированный неодимом (Y 3 A 15 O 12:Nd 3+ )
Алюмо-Иттриевый гранат легированный неодимом( Y 3 A 15 O 12:Nd 3+) - лазерный кристалл, который широко используется в промышленных, медицинских и научных целях. Его основными преимуществами являются: низкий порог генерации, высокий КПД, низкие потери на 1.064 µm , а также высокое оптическое качество, хорошая теплопроводность и устойчивость к перепадам температур, стабильные химические и механические свойства, что позволяет применять Nd :YAG во всех типах твердотельных лазеров.
| Свойства | |
| Химическая формула | Nd 3+ :Y 3 Al 5 O 12 |
| Кристаллическая структура | Кубическая |
| Концентрация лигатуры,ат.% | 0.5 - 1.2 |
| Постоянная решетки, A | 12.01 |
| Плотность г/см3 | 4.56 |
| Точка плавления, °C | 1950 |
| Диэлектрическая постоянная | 11.7 |
| Твердость по Моссу | 8.5 |
| 7.8 x 10 -6 x °K -1 , <111> 8.2 x 10 -6 x °K -1 , <100> |
|
| Теплопроводность 25°C, W x cm -1 x °K -1 | 0.14 |
| Коэффицент потерь при 1064 nm, cm -1 | 0.003 |
| Коэффицент преломления, при 1 µm | 1.82 |
Спецификация лазерных стержней Nd:YAG
| Материал | Иттрий алюминиевый гранат легированный неодимом |
| Уровень легирования | 0.5 - 2.3 % |
| Разброс легирования | +/- 0.1 % |
| Ориентация | <111> |
| Допуск ориентации | +/-5º |
| Допуск по диаметру | +/- 0.05 мм |
| Допуск по длине | +/- 0.5 мм илипо требованию |
| Паралельность | |
| Перпендикулярность | |
| Искажение волнового фронта | Lambda/8на дюйм на 633 нм |
| Плоскостность | Lambda/10 на 633 nm или по требованию заказчика |
| Точки-царапины | 10-5 MIL – 13830B |
| Боковая поверхность | Шлифованные или полированные |
| Световая аппертура | 90% центральная часть |
| Фаски | <0.15 мм x 45º |
| Покрытия | AR покрытия R<0.2% с поверхности на1064 nm или по требованию заказчика |
Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика
Иттрий алюминиевый гранат легированный эрбием (Er:Y 3 Al 5 O 12 или Er:YAG)
Иттрий алюминиевый гранат, легированный эрбием ( Er :Y 3 Al 5 O 12 или Er :YAG ) - лазерный кристалл, который имеет широкие преимущества при использовании на длине волны 2.94 µ. Er :YAG имеет высокое оптическое качество, высокий КПД , хорошую теплопроводность, стабильные химические и механические свойства. Er :YAG накачивается в широкой области 600 - 800 нм. Все эти свойства делают Er :YAG превосходным материалом для стоматологических и других медицинских лазеров.
| Основные свойства | |
| Химическая формула | Er:Y 3 Al 5 O 12 |
| Кристаллическая структура | Cubic |
| Концентрация лигатуры, ат.% | 1 - 50% |
| Постоянная решетки, A | 12.00 |
| Плотность,г/см3 | 5.35 |
| Точка плавления, ºC | 1970 |
| Диэлектрическая постоянная | 11.7 |
| Твердость по Моссу | 8.5 |
| .Коэффицент термического расширения | 7.7 x 10-6 x ºK-1, <111> 8.2 x 10-6 x ºK-1, <100> |
| Теплопроводность при 25ºC, W x cm-1 x ºK-1 | 0.12 |
| Коэффицен потерь на 1064 нм, cm-1 | 0.003 |
| Длина волны излучения, нм | 2940 |
| Коэффицент преломления, на 2940 нм | 1.79 |
Спецификация лазерных стержней Er:YAG
| Материал | Иттрий алюминиевый гранат легированный эрбием |
| Уровень легирования | 1 - 50 % |
| Ориентация | <111> |
| Допуск на ориентацию | +/-5º |
| Допуск на диаметр | +/- 0.05 мм |
| Допуск на длинуe | +/- 0.5 мм или по требованию заказчика |
| Паралельность | |
| Перпендикулярность | |
| Искажение волнового фронта | Lambda/8 на дуйм на 633 нм |
| Плоскостностьs | Lambda/10 at 633нм или по требованию заказчика |
| Царапины-точки | 10-5 |
| Бокавая поверхность | Шлифованные или полированные |
| Световая аппертура | 90% |
| Фаски | <0.15 mm x 45º |
| Покрытия | AR покрытия с R<0.25 % на 2940 нм или по требованию заказчика |
Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика
Иттрий алюминиевый гранат легированный иттербием (Yb: Y 3 Al 5 O 12 или Yb:YAG)
Алюм-иттриевый гранат, легированный иттербием(Yb: Y 3 Al 5 O 12 или Yb:YAG ) является одним из многообещающих лазерных активных материалов и более удобным для диодной накачки по сравнению с традиционными Nd гранатами. Он может генерировать на длине волны 1,03µ при накачке 940 нм. Основные преимущества Yb :YAG : широкая полоса поглощения, высокая эффективность и превовсодная эммисия. Лазерный материал Yb :YAG широко используется в промышленных лазерах для резки и сварки металлов. Этот кристалл также применяется в электронике, оптике и в лазерных технологиях.
| Основные свойства | |
| Химическая формула | Yb 3+ :Y 3 Al 5 O 12 |
| Кристаллическая структура | кубическая |
| Концентрация легирования,ат.% | 5 - 30 % |
| Постоянная решетки, A | 12.01 |
| Плотность г/см3 | 4.56 |
| Точка плавления, °C | 1970 |
| Твердость по Моссу | 8.5 |
| Коэффицент термического расширения | 7.8 x 10 -6 x °K -1 , <111> |
| Теплопроводность25°C, W x cm -1 x °K -1 | 0.14 |
| Коэффицент потерь на 1064 нм, см -1 | 0.003 |
| Длина волны генерации, нм | 1030 |
| Коэффицент преломления, на 1 µ | 1.82 |
Спецификация лазерных стержней Yb:YAG
| Материал | Иттрий алюминиевый гранат легированный иттербием |
| Уровень легироваия | 5 - 30 % |
| Ориентация | <100> |
| Допуск на ориентацию | +/-5º |
| Допуск на диаметр | +/- 0.05 мм |
| Допуск на длину | +/- 0.5 мм или по требванию заказчика |
| Параллельность | |
| Перпендикулярность | |
| Искажение волнового фронта | Lambda/8 на дуйм на 633 нм |
| Плоскостность | Lambda/10 на 633 нм или по требованию заказчика |
| Точки-царапины | 10-5 |
| Боковая поверхность | Шлифованные или полированные |
| Световая аппертура | 90% центральной области |
| Фаски | <0.15 мм x 45º |
| Покрытия | AR покрытия с R<0.25% с поверхности на требуемой длине волны |
Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика
Синтетический иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ)
кристаллические соединения общей ф-лы R 3 III M 2 III (X III O 4) 3 , где R ni -Y или другие РЗЭ, М III , X III -Fe, Al, Ga, подобные по структуре прир. гранатам R II 3 M III 2 (SiO 4) 3 (кубич. кристаллич. решетка, пространств, группа Ia3d). Структура гранатов синтетических каркасная, построена из тетраэдров ХО 4 и октаэдров МО 6 , в полостях к-рых расположены полиэдры RO 8 . Гранаты синтетические обладают высокими твердостью и прочностью (см. табл.). Химически стойки, не раств. в воде. Для гранатов синтетических характерен изоморфизм атомов R, М и X, вследствие чего существуют многочисл. разновидности этих соединений. Ниже приводятся св-ва наиб. важных гранатов синтетических.
Иттрий-железный гранат Y 3 Fe 2 (FeO 4) 3 - красно-бурые кристаллы; 10 14 Ом*см; точка Кюри 556 К; оптически прозрачен в области 1,1-1,5 мкм. Образуется при сплавлении оксидов Y и Fe. Монокристаллы выращивают из р-ра Y 2 O 3 (10,0% по массе) и Fe 2 O 3 (20,4%) в расплавленной смеси РbО (36,8%), PbF 2 (27,1%) и В 2 О 3 (5,5%) при снижении т-ры от 1300 до 930°С со скоростью 0,3-0,5 град/ч; используют также метод Вернейля. Материал магнитных запоминающих устройств, магнитных сердечников в микроволновой и телевизионной аппаратуре.
Иттрий-алюминиевый гранат – ИАГ- Y 3 Al 2 (A1O 4) 3 бесцв. кристаллы; оптически прозрачен в области 0,24-6,00 мкм. Не взаимод. с к-тами. Выше 500°Г раств. в расплавленной смеси PbO-PbF 2 -В 2 О 3 . Образуется при сплавлении оксидов Y и А1 выше 1500 С. наиб. распространенные методы выращивания монокристаллов: вытягивание из расплавленной стехиометрич. смеси оксидов при 2000 °С со скоростью 0,5-1 мм/ч с использованием ориентированной затравки (диаметр кристаллов до 60 мм, длина до 300 мм); горизонтально направленная кристаллизация из расплава в молибденовой лодочке со скоростью до 8 мм/ч; вертикально направленная кристаллизация. Иттрий-алюминиевый гранат, не содержащий изоморфных примесей,-ювелирный поделочный камень (имитатор бриллиантов), легированный Nd - материал для лазеров с длиной волны генерируемого излучения 1,064 и 1,320 мкм; для генерации излучения с длинами волн 1645 и 2060 нм этот гранат легируют Ег, Yb, Но, Тт (изоморфно замещающими Y и А1 в кристаллич. решетке). Физики из Екатеринбурга получили нанопорошок из иттрий-алюминиевого граната методом лазерного испарения
На основе этого ИАГ- нанопорошка с размером частиц порядка 10 нанометров была изготовлена оптическая керамика с высоким коэффициентом пропускания инфракрасного света.
СВОЙСТВА ГРАНАТОВ
* Легирован Nd III и Сr Ш
Гадолиний-галлиевый гранат Gd 3 Ga 2 (GaO 4) 3 -« Г Г Г» -бесцв. кристаллы. Слабо взаимод. с сильными к-тами. Образуется из оксидов Gd и Ga выше 1400 °С. Монокристаллы выращивают методом Чохральского в иридиевых тиглях со скоростью вытягивания 3-6 мм/ч; диаметр нелегированных кристаллов до 100 мм, длина до 300 мм. Материал подложек для наращивания эпитаксиальных пленок железных гранатов (см. Ферриты), используемых в магнитных запоминающих устройствах;легированный Nd III и др. - РЗЭ-лазерный материал. Ювелирный поделочный камень
Гадолиний-скандий-галлиевый гранат – «Г С Г Г» - Gd 3 Sc 2 (GaO 4) 3 , легированный Nd III (3,5*10 20 атомов в 1 см 3) и Сr III (2*10 20 атомов),-кристаллы изумрудно-зеленого цвета. Получают сплавлением оксидов Gd, Sc и Ga. Монокристаллы выращивают по методу Чохральского из расплавленной смеси оксидов Gd, Sc и Ga выше 1500°С со скоростью вытягивания 2-4 мм/ч в атмосфере N 2 (98%) и О 2 (2%). Перспективный лазерный материал.
jQuery(document).ready(function(){ jQuery(".js-message-slider").slider({ headerEl: "p.js-message"", contentEl: "div.b-contain", mode: "multiple", partsEl: "div.js-message-block", openClass: "minus", closeClass: "plus" }); }) Лазерные кристаллы на базе иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er)
Поставщик: ООО «Инженерный Центр Новых Технологий» Ключевые слова: монокристаллы, лазерные кристаллы
Компания ООО «Инженерный Центр Новых Технологий» более 10 лет успешно занимается выращиванием монокристаллов на базе иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er) и производством активных элементов на базе данного кристалла.
В настоящее время ИАГ:Er является самым распространенным кристаллом, на базе которого возможно реализовать генерацию в трехмикронной области спектра в твердотельных лазерах.
Лазеры на базе кристаллов ИАГ:Er нашли широкое применение в медицине. Прежде всего это связано с тем, что коэффициент поглощения света в воде на длине волны 2,94 мкм достигает экстремально высоких значений (k=1,2x10,sup>4 см -1).
«ИЦНТ» предлагает кристаллы ИАГ:Er различной геометрии (диаметром от 3 мм до 8 мм и длиной до 120 мм).
ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВЫЙ ГРАНАТ (ИАГ) (TR)3Al 2 3. Получен в начале 60-х годов, с 1969 г. используется как ювелирный камень. Синонимы (коммерч. изд.): геллинэр, гранатит, даймоник, даймонэр, циролит и др. Возможны окрашивающие примеси: Tb, Dy, Но, Ег, Tu, Yb, Lu, Cr. Куб.с. Структура аналогична природному гранату (островная). Прозрачный. Бесцветный, зеленый, желтый, сиреневый, розовый и др. В УФ-лучах инертен, белый, розовый, сиреневый, желтый. Бл. стеклянный. Изотропный, n=1,832-1,873. Дисперсия 0,028. Тв. 8,5. Пл. 4,57-5,69 г/см3. Методы получения: зонная плавка, Чохральского и др. Широко используется в ювелирном деле. Диагностируют по оптическим свойствам. Cr-содержащая разновидность -красная под фильтром Челси. Бесцветный имитирует бриллиант, отличается включениями, меньшей тв., более высокой пл. Природного аналога нет.
