Yttrium Aluminium Garnet (YAG)

Material
YAG

 

Yttrium Aluminium Garnet (Y3Al5O12 oder YAG) ist eine synthetisch hergestellte kristalline Verbindung mit einem guten Transmissionsverhalten im Wellenlängenbereich zwischen 0,25 µm und 5 µm. Das Material eignet sich zur Verwendung in IR- und UV-Optiken. Die mechanische und chemische Stabilität ähnelt der von Saphir. Allerdings weist YAG im Gegensatz zu Saphir keine Doppelbrechung auf und ist in der Verarbeitung einfacher als Saphir. YAG weist keine Absorptionslinien im Bereich von 2‐3 µm auf, wo Gläser aufgrund der starken Bindung von Wassermolekülen typischerweise zu einer hohen Absorption neigen.

YAG wird aufgrund seiner hohen Festigkeit und weiterer Eigenschaften wie der hohen Laserzerstörschwelle (LDT-laser damage threshold), eines hohen Brechungsindex, guter Wärmeleitfähigkeit sowie keiner Absorption im Bereich von 2-3 µm  häufig in Hochtemperatur- industriellen, medizinischen und wissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt. Yttrium Aluminium Granate werden mittels Czochralski-Methode oder horizontal gezüchtet.

Undotierte YAG-Einkristalle können auf Laserqualität poliert werden und eignen sich daher als Substrat für optische Komponenten wie Lichtleiter, Prismen, Spiegel und Fenster für Endoskope. Darüber hinaus werden in Hochleistungslasern dotierte YAG-Laserkristalle zum verbesserten Wärmetransport mit undotierten YAG-Substraten gebondet.

Properties
Optical properties
Transmission range in µm (minimum 10%)
0,18‐6,4
Transmission range in µm (minimum 50%)
0,2‐6,2
Refractive index @633nm
1,829
Reflection losses in % at 1 surface @3µm
7,9
dN/dT in 1/K
5 · 10-6
Physical properties
Density in g/cm3
4,56
Melting point in °C
1950
Specific heat capacity in J/(kg · K)
628
Thermal conductivity in W/(m · K)
13,1
Thermal expansion in 1/K
7,8 · 10-6 (111)

7,9 · 10-6 (110)

8,2 · 10-6(100)

Dielectric constant
7,75
Solubility in water in g/100g
insoluble
Mohs hardness
8‐8,5
Knoop hardness in kg/mm²
1350 <100>
Material type
single crystalline, synthetic
Crystal type
cubic
Crystal structure
m3m
Lattice constant in Å
a = 10
Elastic coefficient in GPa
C11 = 333

C12 = 111

C44 = 114

Young's Modulus (E) in Gpa
280
Shear Modulus (G) in GPa
113
Bulk Modulus (K) in GPa
180
Rupture Modulus in MPa
150
Elastizitätsgrenze in MPa
280
Poisson's ratio
0,17
Spectral properties
sample thickness: 1 mm