Има няколко вида синтезирани камъни, които не се срещат в природата. Тези кристали са отгледани случайно по време на изследвания във физиката. твърдо. Някои от тези кристали, след изрязване, започнаха да се използват в бижутерията.
Стронциев титанат
Един от тях е синтетичен стронциев титанат, който се отглежда в горелка Verneuil. Стронциевият титанат има химичен състав SrTiO3. Стронциевият титанат и минералът перовскит (CaTiO3) са много сходни по своята кубична структура и кристална форма. Стронциевият титанат е изотропен, почти безцветен, има индекс на пречупване в натриева светлина 2,410, дисперсия 0,19 в диапазона от B до G, специфично тегло 5.1, твърдост 6. Стронциевият титанат има и други имена като starilian, fabulite, diagem. Брилянтно изрязаният стронциев титанат е много подобен на диаманта, въпреки че може лесно да се разпознае дори по неговата твърдост или по специфичното му тегло от 3,52 и не флуоресцира в ултравиолетова светлина. Поради факта, че стронциевият титанат е лесен за разграничаване от диаманта, той не се използва в бижутерията.
Литиев ниобат
Друго вещество, което не се среща в природата, но може да се отгледа изкуствено, е литиевият ниобат. Натриевият ниобат навлезе на американския пазар за бижута под името Linobat. Литиевият ниобат се отглежда предимно безцветен, но ако се добавят специални добавки, той може да придобие цвят от червено до лилаво. Литиевият ниобат има химичен състав LiNbO3. Според техните собствени химични свойстватой е много близък до свойствата на стронциевия титанат. Но за разлика от стронциевия титанат, това изкуствено отгледано вещество не е изотропно, а едноосно или по друг начин тригонално. Литиевият ниобат има индекс на пречупване на обикновен лъч в натриева светлина от 2,30 и индекс на пречупване на необикновен лъч от 2,21. Литиевият ниобат има твърдост 5,5, специфично тегло 4,64, дисперсия 0,120 в диапазона от B до G, което е 3 пъти по-високо от дисперсията на диаманта.
Физиците са синтезирали няколко вещества със структура, много подобна на гранатите. Такива минерали не се срещат в природата. Тези подобни на гранат вещества имат химическа формула X3AL3O12. Тези вещества се създават в горелка Verneuil или с помощта на метода на Чохралски, при който естествен минерал, суспендиран над стопилката като семе, се спуска, докато докосне повърхността на стопилката, след което се повдига и завърта. Поради това кристалът се оказва голям цилиндрична. Този процес се нарича още изтегляне чрез стопяване. Най-търсените от тези вещества са Yttrium Aluminium Garnet и Daimonair. Обикновено итриевият алуминиев гранат и Daimonair са безцветни, но могат да получат различен цвят чрез добавяне на специален примес. Например, ако добавите хром, веществото ще придобие зелен цвят и ще стане подобно на демантоид. Можете да различите синтетично вещество от демантоид по специфичното му тегло, тъй като веществото има специфично тегло 4,6, докато демантоидът е много по-малко.
Химична формула на YAG: : . Този лазер работи по схема на четири нива. Първото ниво, наречено ниво на земята, съответства на минималната възможна енергийна стойност, която йоните могат да имат.
Броят на йоните с минимална енергия е мнозинството. Броят на йоните, разположени на по-високи енергийни нива, е значително по-малък и се подчинява на равновесното разпределение на Болцман. В лазерите с неодимов гранат по-ниските работни нива са слабо заселени и следователно по-голямата част от мощността на помпата се изразходва не за създаване на инверсия на популацията (), а за преодоляване на загубите в кухината и за полезно изходно излъчване. В този случай, за да се получи генериране, е достатъчно да се прехвърли на ниво 3 само малка част от йоните, разположени на нивото на земята. Това отличава този тип лазери от лазерите, работещи по тристепенна схема. В последното по-ниското работно ниво е основното ниво и за да се създаде инверсия на населението (), е необходимо поне половината от йоните да се прехвърлят от основното ниво към метастабилно ниво 2 и като се вземат предвид загубите в резонатора и полезна радиация, повече от половината. Следователно при тристепенните лазери (например рубин) мощността на помпата се изразходва непродуктивно и тяхната ефективност е значително по-ниска. Състоянието на средата, когато N3>N2 се нарича инверсия на населението на енергийните нива. Итриево-алуминиевият гранат с примес на неодим е уникален материал с добра топлопроводимост, висока твърдост и задоволителни оптични свойства. Подходящ за генериране в режим синхронизиран режим. Дългият живот на горния лазерен нивелир (t = 0,23 ms) позволява YAG да бъде много добър за работа в режим Q-switched. YAG лазерите могат да работят както в непрекъснат, така и в импулсен режим. И в двата случая линейните лампи обикновено се използват във вериги с осветител с една елипса, с близко разположение на лампата и кристала или с осветител с много елипса. За работа в импулсен и непрекъснат режим се използват съответно ксенонови лампи със средно налягане (500-1500 mm Hg) и криптонови лампи високо налягане(4-6 atm). Размерите на пръчките обикновено са същите като на рубинения лазер. Изходните параметри на YAG лазера са както следва: в непрекъснат многомодов режим изходната мощност е до 200 W; в импулсен лазер с висока средна честота на повторение на импулса (50 Hz). изходяща мощностоколо 500 W; в режим Q-switched максималната изходна мощност е до 50 MW; в режим на синхронизация, продължителността на импулса е до 20 ps. И в импулсен, и в непрекъснат режим диференциалната ефективност е около 1-3%.
24. Полупроводникови лазери. Принцип на действие, видове полупроводникови лазери. Спектрални и генерационни характеристики.
Полупроводниковите лазери (SSL) излъчват радиация в диапазона на дължината на вълната от 0,32-32 микрона. Като активна среда се използват полупроводникови кристали. Те използват оптични преходи, включващи свободни токови носители в кристали, т.е. включващи държави в електронни ленти.
Полупроводниковите лазери имат следните характеристики:
Много малък размер на излъчващата зона,
Много висока ефективност (50-60%),
Ниска мощност.
В сравнение с твърдотелни и газови полупроводникови лазери, те имат:
По-малко съгласуваност
Насоченост (1-6°) и
Монохроматичност на лъча (приблизително 5 nm).
Въз основа на метода на изпомпване полупроводниковите лазери се разделят на:
инжекция,
С изпомпван срив в електрическо поле,
Изпомпван от лъч бързи електрони,
Оптично напомпван
Полупроводниковите лазери работят предимно в импулсен режим и при ниски температури, което се дължи на необходимостта да се осигури отвеждане на топлината, както и на факта, че при понижаване на температурата генерацията се получава при по-ниски плътности на тока. Най-широко използваната активна среда е галиев арсенид с p-n преход, генериращ радиация с дължина на вълната 0,84 μm, и сплав от арсенид и галиев фосфид. pn преходът се възбужда чрез инжектиране на електрон.
По своите качества, структура и принцип на работа полупроводниковите лазери се различават от другите лазери. Енергийните нива, свързани с лазерния преход, се определят от цялата кристална решетка. Тези състояния не са дискретни, а обединени в енергийни зони, които представляват 
групи от енергийни състояния, разположени много близо. За лазер представляват интерес две енергийни ленти: валентност и проводимост.
Валентната лента е най-високото състояние, изпълнено с електрони. Зоната на проводимост се намира отгоре и е разделена от област на енергия, наречена забранена зона, в която няма електронни състояния. Когато енергията се абсорбира, електроните се преместват от валентната зона към проводимата зона. Остават дупки във валентната лента. По подобен начин един електрон може да се движи от лентата на проводимост и да се рекомбинира с дупка във валентната лента. По време на рекомбинация разликата в енергията се излъчва като радиация. Електроните се инжектират от страната на n-типа и се рекомбинират в областта на свързване. В резултат на това възниква ток. Такива лазери се наричат инжекционни. Преминаването на ток трябва да създаде достатъчен брой дупки и електрони, така че излъчването, генерирано от тяхната рекомбинация, да надвишава загубите, които са свързани с дифракционния изход на светлина от активната област, предаването на светлина на границата на прехода и абсорбцията на светлина от свободни носители в преходния регион. Следователно има прагова плътност на тока, необходима за работа на лазера.
Полупроводниковите лазери нямат ниска дивергенция на лъча, тъй като тяхното излъчване се излъчва през отвор, ограничен от малка ширина на прехода. Дифракцията при тясна преходна лента води до излъчване на радиация в по-широк ъгъл, отколкото при други видове лазери. Следователно, радиацията от, например, лазер с галиев арсенид има формата на лъч с елиптично напречно сечение с ъгъл на разсейване на ниво 0,5, равен на няколко градуса в посока, успоредна на прехода, и големи размери в посоката, перпендикулярна на прехода.
кубичен цирконийсе различава от диаманта по своята повишена плътност (6 g/cm3, в зависимост от вида и концентрацията на примесите), по-ниска твърдост (8,5 по скалата на Моос вместо 10 за диаманта) и липса на двойно пречупване.
Безцветните фасетирани кубични цирконии са визуално почти неразличими от истински диамант по своята красота, блясък и игра на цвят. Това се дължи на високите показатели на пречупване (2.14 - 2.18), както и на високата светлинна дисперсия - 0.06. Ето защо кубичният цирконий е толкова обичан и популярен. И е доста евтино. Ако имате нужда само от декорация, не се колебайте да изберете кубичен цирконий!
Бижутата с кубичен цирконий се продават в много магазини за бижута. Най-често това са пръстени и обеци.
YAG (итриев алуминиев гранат)се различава от диаманта с по-нисък индекс на пречупване (1,832), ниска дисперсия (0,028), по-висока плътност (4,65 g / cm 3, стойността може да варира в зависимост от компонентите на примесите) и по-ниска твърдост (8,5 по скалата на Mohs, 1550 kgf / mm 2 според Vickers и 1100 kgf/cm 2 според склерометрията за равнината (100)).
Неодимовите лазери са най-популярните от твърдотелните лазери. В тези лазери активната среда обикновено е кристал Y3AI5O12 [съкратено YAG (итриев алуминиев гранат)], в който някои от йоните Y3+ са заменени с йони Nd3+.
GGG (гадолиниев галиев гранат)- по-нисък коефициент на пречупване (с 0,4), рязко по-висока дисперсия (почти с порядък).
Индустриално разработената технология за растеж на кристали GGG прави възможно отглеждането на големи единични кристали и използването им за производство на активни елементи за лазери с диаметър до 100 mm и дължина 200 mm с добро оптично качество.
За разлика от YAG кристала, GGG решетката прави възможно въвеждането на по-висока концентрация на неодимови примесни йони и по този начин повишава ефективността на генерация на лазера при изпомпване с лампа до 5%, което е приблизително 2 пъти повече, отколкото в YAG лазер. В допълнение, GGG решетката прави възможно съвместното активиране на кристала със сенсибилизиращи йони Cr3+ или Ce3+, които силно абсорбират радиацията от помпените лампи и пренасят възбуждането към Nd3+ йони, повишавайки ефективността на лазера, неговото излъчване и UV устойчивост.
Синтетичен рутил
Синтетичен рутилхарактеризиращ се със силна дисперсия, висок индекс на пречупване, повишена плътност, ниска твърдост.
Коефициентът на пречупване на обикновен лъч (в натриева светлина) е 2,62, извънреден е 2,90, дисперсията в интервала B - G е 0,28. Тези необичайно високи стойности създават игра на светлина в камъка, превъзходна игра на естествен диамантСледователно фасетираният синтетичен рутил е невероятно красив камък. Но твърдостта е само 6,5, това е недостатък, друг недостатък е, че тези камъни винаги имат жълтеникав оттенък (и има малко търсене на цветни разновидности, в които е трудно да се види силна дисперсия).
Синтетичният камък винаги се разкрива: съдържа включвания под формата на газови мехурчета.
Синтетичен шеелит
Синтетичен шеелит- по-нисък коефициент на пречупване и дисперсия, ниска твърдост, по-висока плътност.
Естественият шеелит с качество на скъпоценни камъни е толкова рядък, че шлифованите камъни от този минерал (калциев волфрамат) се считат по-скоро за колекционерски предмет, отколкото за сериозен материал за използване в бижута.
Но синтетичният шеелит, получен по метода на Чохралски, се произвежда в големи количества под формата на големи прозрачни парчета и доста често се представя на пазара за естествен материал и се таксува на висока цена.
Признак за синтезиран камък може да бъде наличието на извити линии, много подобни на линиите, наблюдавани при синтетиката Verneuil, както и облаци от много малки мехурчета.
Литиев ниобат
Литиев ниобатОтличава се с високо двойно пречупване, повишено специфично тегло и ниска твърдост, липса на блясък в UV лъчите.
Литиев ниобат(LiNbO 3) е съединение на ниобий, литий и кислород. Безцветен твърдос ромбоедрична структура. Точка на топене 1257 °C, плътност 4,65 g/cm³.
Кристалите на литиев ниобат са оптически прозрачни в диапазона на дължината на вълната от 0,4-5,0 микрона; индексът на пречупване на обикновен лъч е 2,29, на необичаен лъч е 2,20 (за дължина на вълната 0,63 μm).
Легираните с Fe литиеви необатни кристали са обещаващи за създаване на системи за контрол на холографски лазерен лъч като филмови светлинни водачи. Базираните на него вълноводи се използват за електрооптични и акустооптични комутационни устройства и др.
Фабулайт
Фабулайтсе различава от диаманта по твърдост (6,5 по скалата на Моос), плътност 5,13 g/cm 3 (значително по-висока от тази на диаманта). Синоними: диагем, старилан.
Той е почти напълно неразличим по отношение на индекс на пречупване, дисперсия (0,190), изотропия и цвят.
Фабулайт- синтетичен аналог на минерала таузонит, стронциев титанат. Първоначалният цвят е черен; фабулитът се отгрява и се получава материал с топли тонове от жълто до тъмночервено или кафяво, поради примеси на ванадий, хром, желязо и др. Добавката от ниобий и тантал придава на материала син оттенък.
Това е много впечатляващ режещ материал.
Стъклен блясък.
Дублети
В допълнение към всички имитации и фалшификати са известни и диамантени дублети: в този случай горната част на камъка е направена от диамант, а долната част е направена от безцветен синтетичен сапфир, планински кристал или стъкло; Понякога диамантените дублети се правят от синтетичен шпинел (горна част) и фабулит (долна част).
Един от най-широко използваните твърдотелни лазери днес е лазер, в който итриев алуминиев гранат служи като матрица и йони като активатор. Приетото обозначение за този лазер е
Лазерът има сравнително нисък праг на възбуждане и висока топлопроводимост, което прави възможно генерирането на генерация при висока честота на повторение на импулса, както и генерация в непрекъснат режим. Лазерната ефективност е относително висока; достига няколко процента.
Основните преходи на неодимовия йон в граната са показани на фиг. 1.16. Преходите възникват между определени атомни частици, които са изобразени на фигурата като „енергийни ленти“. Всяка „лента“ (всеки член) съответства на група от относително тесни енергийни нива, произтичащи от разделянето на даден член в електрическото поле на кристалната решетка на граната (разделяне на Старк).
По време на процеса на изпомпване неодимовите йони преминават от основното състояние, съответстващо на термина, в три групи състояния: A, B, C. Група B - термини и група B - тези три групи състояния съответстват на три ленти в спектъра на поглъщане на неодим в гранат,
показано на фиг. 1.17, a (съответно A-, B- и C-ленти). Фината структура на абсорбционните ленти, ясно видима на фигурата, отразява ефекта от разделянето на термините на Старк.
Терминът е горното работно „ниво“. Неодимовите йони се осветяват, преминавайки от това „ниво“ към нива, съответстващи на терми. Основният дял от енергията (60%) се показва в преходи; обичайно е да се вземат предвид нивата, съответстващи на термина на фиг. спектърът на луминесценция на неодим за преходи е представен със 7 линии; най-интензивните линии са 1.0615 и 1.0642 µm. В табл 1.1 показва дължините на вълните за 18 луминесцентни линии, като се вземат предвид различни преходи 114]; данните са получени при температура 300 K. В опростен вид на лазера може да се използва четиристепенна работна схема; основно "ниво" - термин 4/9/2, долно работно "ниво" - термин горно работно "ниво" - термин "ниво" на възбуждане - термини и Обърнете внимание, че преходите са забранени в диполното приближение (оптически забранени), тъй като с при такива преходи орбиталното квантово число на неодимовия йон се променя на 3; следователно състоянията, съответстващи на -термовете, са метастабилни.
