釔鋁石榴石

釔鋁石榴石（英語：yttrium aluminium garnet），簡稱YAG，分子式Y₃Al₅O₁₂，為人工合成的透明石榴石。是釔鋁複合材料的三相之一（其他兩相為釔鋁單斜晶體（YAM，Y₄Al₂O₉）和釔鋁鈣鈦礦（YAP，YAlO₃））。相較於其他人工合成寶石，顏色較灰暗，但硬度較高，可用來切割。^[2]

釔鋁石榴石
釔鋁石榴石
基本資料
類別	合成寶石
化學式	Y3Al5O12
性質
顏色	通常無色，也有可能是粉色、紅色、橘紅色、黃色、綠色、藍色或紫色
晶系	立方晶系
解理	無
斷口	貝殼狀至參差狀
莫氏硬度	8.5
光澤	玻璃光澤至半金屬光澤
比重	4.5 - 4.6
光學性質	單折射
折射率	1.833 (+/- .010)
色散率	.028
參考文獻	美國寶石學學會（英語：Gemological Institute of America） [1]

純的釔鋁石榴石不能用於雷射媒質。但如果摻雜適當的稀土元素離子，YAG可以被用作各種固體雷射器的主要材料，如釹離子和鉺離子（摻釹釔鋁石榴石雷射、摻鉺釔鋁石榴石雷射（英語：Er:YAG laser））等，廣泛用於醫療、牙科、軍事、加工和科學研究等領域。若摻雜鈰，形成的鈰雜YAG可用於陰極射線管和LED的磷光體、閃爍體探測器等。摻雜釤和鋱的YAG粉末則可用作照明設備和顯示器的磷光體。

各種含雜釔鋁石榴石的簡介

Nd:YAG

直徑為0.5cm的Nd:YAG雷射棒

主條目：摻釹釔鋁石榴石雷射

摻釹釔鋁石榴石雷射（Nd:YAG）相關技術於20世紀60年代逐步臻於成熟，1964年，首個Nd:YAG雷射器出現。如今，Nd:YAG是應用最廣泛的雷射器用激活雷射媒質（英語：Active laser medium），從低功率連續雷射器到Q開關（巨脈衝發生器），無所不包。^[3]相較於摻釹原釩酸鹽釔（英語：neodymium doped yttrium orthovanadate）（Nd:YVO₄）晶體，Nd:YAG晶體有高熱導率、螢光時長長（約為Nd:YVO₄的兩倍）等優點，但效率和穩定性比較差，需要精確的溫度控制。最優良的雷射用Nd:YAG吸收帶為807.5nm±1nm。^[4]

大多數Nd:YAG雷射器產生波長為1064nm左右的紅外光。該頻段的波長為視力損害極大，但這種光並不會觸發角膜反射，且不可見，因此比較危險。Nd:YAG可以與二次或三次諧波發生晶體（參見二次諧波（英語：Second-harmonic generation））搭配使用，分別可以生成波長為532nm的綠色光和波長為355nm的紫外光。

通常摻雜的釹的濃度為0.5-1.4摩爾百分比，一般濃度高的用於產生脈衝光，濃度低的用於產生連續雷射。Nd:YAG略帶桃紫色，摻雜的釹含量越高，顏色越明顯。但由於Nd:YAG的吸收光譜比較狹窄，照明光源的顏色會影響Nd:YAG的具體呈色。

Nd:Cr:YAG

摻釹和鉻的釔鋁石榴石（Nd:Cr:YAG或Nd/Cr:YAG）的光譜吸收特徵比Nd:YAG更加優異。這是由於能量首先被吸收光譜更廣泛的Cr³⁺吸收，再通過偶記相互作用傳遞給Nd³⁺。^[5]Nd:Cr:YAG可以製造太陽光泵浦雷射器（英語：Solar-pumped laser），很有可能會被用於將來的太空太陽能系統上。^[6]

Er:YAG

摻鉺的釔鋁石榴石（Er:YAG）是發出2940nm波長光的良好雷射媒質。

Yb:YAG

Nd:Ce:YAG

Ho:Cr:Tm:YAG

Tm:YAG

Cr4+:YAG

Dy:YAG

摻鏑釔鋁柘榴石（Dy:YAG）是對溫度相當敏感的磷光體，被用於溫度量測方面的用途。這種磷光體遭到雷射脈衝激發時，會隨不同溫度發出不同螢光。摻鏑釔鋁柘榴石的溫度感測範圍大概是300-1700K。^[7]這種磷光體可以直接量測物體表面的溫度或接在光纖末端進行量測。除此之外，摻鏑釔鋁柘榴石還被研究用來當作磷光轉換白光發光二極體（pc-WLED）中的單相白光發光磷光體。^[8]

Sm:YAG

摻釤釔鋁柘榴石（Sm:YAG）是對溫度相當敏感的磷光體，性質與用途類似摻鏑釔鋁柘榴石（Dy:YAG）。

Tb:YAG

摻鋱釔鋁柘榴石（Tb:YAG）是一種磷光體，常用於陰極射線管中。它會發出波長544nm的黃綠色光。

Ce:YAG

參見

• 釔鐵石榴石
• 釓鎵石榴石（英語：Gadolinium gallium garnet）
• 鋱鎵石榴石（英語：Terbium gallium garnet）
• 鎦鋁石榴石（英語：Lutetium aluminium garnet）
• 微下拉晶體成長法
• 摻釹釔鋁石榴石雷射
• 摻鉺釔鋁石榴石雷射（英語：Er:YAG laser），坊間皮膚科、牙科俗稱"鉺雅各雷射"

參考資料

1. 美國寶石學學會（英語：Gemological Institute of America）, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
2. 化學 第二版 下冊 作者:曾國輝
3. 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
4. ND:YAG晶体(掺钕钇铝石榴石). Red Optronics. [2017-09-07]. （原始內容存檔於2017-07-04） （英語）.
5. Z. J. Kiss and R. J. Pressley. Crystalline solid lasers. Proceedings of the IEEE. 1996, 54 (10): 1236 [2017-09-07]. doi:10.1109/PROC.1966.5112. （原始內容存檔於2019-07-01） （英語）.
6. Saiki, T; Imasaki, K; Motokoshi, S; Yamanaka, C; Fujita, H; Nakatsuka, M; Izawa, Y. Disk-type Nd/Cr:YAG ceramic lasers pumped by arc-metal-halide-lamp. Optics Communications. 2006, 268 (1): 155. Bibcode:2006OptCo.268..155S. doi:10.1016/j.optcom.2006.07.002 （英語）.
7. Goss, L.P.; Smith, A.A.; Post, M.E. Surface thermometry by laser-induced fluorescence. Review of Scientific Instruments. 1989, 60 (12): 3702–3706. Bibcode:1989RScI...60.3702G. doi:10.1063/1.1140478.
8. Carreira, J. F. C. YAG:Dy – Based single white light emitting phosphor produced by solution combustion synthesis. Journal of Luminescence. 2017, 183: 251–258. Bibcode:2017JLum..183..251C. doi:10.1016/j.jlumin.2016.11.017.