磁光玻璃費爾德常數(shù)隨影響因數(shù)變化的研究.pdf

1、磁光玻璃主要利用磁光效應(yīng)中的法拉第效應(yīng)，法拉第效應(yīng)反映了材料的一種能力，即在磁場存在的條件下平行于入射光的方向，穿過介質(zhì)的線偏振光的偏振面發(fā)生偏折，偏折角為一定值。磁光材料的應(yīng)用廣泛，包括磁光感應(yīng)器，磁光調(diào)制器的安全編碼，二極管，隔離器和磁光開關(guān)等。目前磁光材料分為晶體和非晶兩種，非晶體相比于晶體，首先易于制備，玻璃的加工技術(shù)成熟，順磁性稀土離子均勻分布于基質(zhì)玻璃，磁光玻璃光學(xué)性能良好。第二，玻璃各向同性，沒有本證圓雙折射。第三，玻璃材

2、料在配方設(shè)計、成型和加工過程中有更大的靈活性，可以制備出符合應(yīng)用的磁光玻璃。通過傳統(tǒng)熔融萃火技術(shù)制備配方成分為15GeO2–20B2O3–20SiO2–Ga2O3（45–x）–xTb2O3（x=14，18，22和25）的磁光玻璃。利用多波段旋光系數(shù)測量儀測出磁光玻璃 Verdet常數(shù)，計算其光學(xué)堿度和光學(xué)帶隙，最后結(jié)合稀土光譜理論研究了稀土氧化物對磁光玻璃物理性能、結(jié)構(gòu)以及光譜性能的影響。同時探究物理性能、結(jié)構(gòu)以及波長對Verdet常數(shù)

3、的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴磁光玻璃的密度和折射率與Tb2O3摻雜量有關(guān)，二者近似呈直線關(guān)系。用 Tb2O3（7.3g/cm3）取代 Ga2O3（5.9g/cm3）使磁光玻璃密度增加；同時隨著玻璃折射率的增大，根據(jù)光學(xué)堿度理論得出氧離子極化率和光學(xué)堿度增大，即隨著Tb2O3摩爾含量的增加氧離子極化率和光學(xué)堿度也增大。⑵隨著氧離子極化率和光學(xué)堿度的增大，磁光玻璃中游離氧的含量增加。再結(jié)合XRD圖譜和傅立葉紅外光譜，研究得出磁

4、光玻璃結(jié)構(gòu)隨Tb2O3含量的增加從[BO3]和[GaO4]變成[BO4]、[GaO6]以及[SiO4]等混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。⑶根據(jù)磁光玻璃熱穩(wěn)定性表征數(shù)據(jù)β可知，磁光玻璃試樣在 Tb2O3含量為22mol.％時，β達到最大（0.728）玻璃穩(wěn)定性最高。同時隨著Tb2O3含量的增加析晶活化能先增大后減小，變化規(guī)律與玻璃熱穩(wěn)定性表征數(shù)據(jù)β相同，且Tb2O3含量為22mol.%時Ea最大（473.1Kj/mol），析晶傾向最小。⑷隨著Tb2O3含量

5、的增加，磁光玻璃中 O2-增加導(dǎo)致玻璃結(jié)構(gòu)疏松，磁光玻璃的Urbach能和光學(xué)帶隙降低。本文中Tb2O3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于10wt.%，磁光玻璃激發(fā)、發(fā)射光譜強度以及熒光壽命都隨著Tb2O3的增加而降低。隨著光學(xué)帶隙降低，Tb3+發(fā)生能級躍遷所需能量減小，而磁光玻璃強度降低。此時Tb3+離子的（5D3，7F6）→（5D4，7F0）交叉弛豫導(dǎo)致發(fā)光強度降低。⑸磁光玻璃的Verdet常數(shù)隨Tb2O3含量和光學(xué)堿度的增加而增大，而隨光學(xué)帶隙的增大

6、而減小。Tb2O3摻量增加，玻璃中游離O2-增加，氧離子極化率增加，易形成電子云，允許直接躍遷、間接躍遷的帶隙能量減小。光學(xué)帶隙減小，發(fā)光強度降低，Verdet常數(shù)增大。磁光玻璃的 Verdet常數(shù)隨入射波長的增加呈指數(shù)式降低。通過對經(jīng)典量子理論公式的變換得出各磁光玻璃的有效躍遷波長，磁光玻璃的有效躍遷波長隨Tb2O3摻量的增加先增大后減小。當(dāng)Tb2O3含量為22mol.%時，有效躍遷波長達到最大（299nm）。同時Tb2O3含量為18

7、mol.%的磁光玻璃在可見光范圍內(nèi)具有最大的磁光品子因子。⑹共摻磁光玻璃的發(fā)光強度均隨著 Tb3+、Dy3+含量的增加而減弱。在高濃度受主離子（Tb3+）存在下，Dy3+/Tb3+之間能量傳遞通過無輻射躍遷和4F9/2+7F6→6H15/2+5D4交叉弛豫共同作用；隨著 Dy3+含量的增加，無輻射共振作用減弱，4F9/2+7F6→6H15/2+5D4交叉馳豫作用增強。Dy3+含量小于1mol.%時，通過 Dy3+/Tb3+之間無輻射共振