外扰对高性能磁光玻璃Verdet的影响及机理研究

摘要

稀土掺杂玻璃是现今一种十分热门的材料，其由于自身的良好磁光性质而在多个领域有着市场前景。磁光材料可被分为两类。第一类是磁光晶体。磁光晶体有Verdet常数高的优势，但是晶体材料又具有生长困难，组分单一的自身缺陷。相比之下，第二类磁光玻璃的组分可控，制备简单，优势比较明显。且经过对其制备工艺以及外界干扰因素进行调控改良，磁光玻璃的V值亦可达到一个较高数值。所以，磁光玻璃已经成为一种备受期待的新型材料。 磁光玻璃根据其使得入射光偏振面偏转方向的不同可分为两类。让偏振面顺时针旋转的称为逆磁性磁光玻璃。反之则是顺磁性磁光玻璃。现今对顺磁性玻璃的研究大多停留在通过提高金属掺杂量来提升其旋光性能。故本文从其组分与外扰因素为入手点，研究了稀土磁光玻璃组分结构以及外扰因素对其磁光性能的影响并分析了其影响机理。 本文制备了以B2O3含量为变量的20Tb2O3-25Ga2O3-xB2O3-(35-x)SiO2-20GeO2(x=20、24、26、28、30、35)组分玻璃和以Tb2O3含量为变量的xTb2O3-（34-x）Ga2O3-24B2O3-22SiO2-20GeO2(x=14、18、20、22、25)组分玻璃。随后，对两种组分玻璃的基础性能、微观结构和磁旋光性质分别进行测试表征，结论如下： （1）Tb2O3掺杂量不断变多时，GBSG玻璃的密度逐渐变大。原因是Tb相对质量较大，提高了玻璃系统单位体积的原子数量。而当B2O3掺量逐渐变多时，其密度、抗折强度均出现先升高后减小趋势，且在B2O3含量24mol%时出现极大值。这是由于B2O3的加入导致玻璃系统内部发生了硼反常现象。当B2O3掺量小于24mol%，非桥氧富余，玻璃网格中[BO4]占主导。而B2O3掺量大于24mol%时非桥氧不足，[BO4]解聚为[BO3]，导致力学性能下降。 （2）当B2O3掺量不断增多，GBSG玻璃热稳定性逐渐增强（值由0.97增加到1.18）。这是由于B2O3的加入有利于玻璃膨胀系数的降低。导致玻璃在温度变化时的体积变化幅度变小，变的不易炸裂。体现在热稳定性逐渐升高。 （3）玻璃样品透光性与Tb2O3掺量成反比。主要因为Tb在网格结构中具有较强积聚倾向，引起玻璃析晶倾向变大，影响了其透光率。 （4）在对外扰与磁光玻璃Verdet关系的研究中，发现波长越大，其V值绝对值越小。这是由于随着越来越靠近红外区，铽掺杂玻璃介质折射能力逐渐降低。另外，波长越来越远离Tb3+离子有效跃迁波长范围，也是导致Verdet常数绝对值下降的原因。磁光玻璃波长有效跃迁值计算结果分布在290-310nm范围内。通过荧光光谱测试结果验证，该有效跃迁波长范围对应Tb3+离子4f8?4f75d电子跃迁。而此种跃迁正是Tb3+离子强磁光效应的来源。通过对Verdet常数波长依赖性进行计算，发现衡量Verdet常数随变化幅度的1?V?(dV?dλ)只和入射光波长和Tb3+含量有关，且在波长固定时与Tb3+含量成正比。 （5）通过对玻璃Verdet的温度特性进行分析计算，得出了不同稀土含量玻璃的理论居里温度。其居里温度仅与稀土含量有关，且与稀土含量正反比。通过对磁光玻璃温度依赖性进行计算，发现衡量V值随变化幅度的1?V?(dV?dT)值只与温度与居里温度有关。以25mol%Tb2O3掺杂玻璃为例，精确计算得知，温度每变化一个单位，V值变化幅度1?V?(dV?dT)为-2.615×10-31/K。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 磁光玻璃研究现状

1.3 磁光玻璃概述

1.4 主要研究内容与创新点

2 铽掺杂GBSG磁光玻璃的制备工艺与表征方法

2.1 铽掺杂GBSG磁光玻璃的制备工艺

2.2铽掺杂GBSG磁光玻璃的表征方法

3 铽掺杂GBSG磁光玻璃的物理性能及结构表征

3.1 实验设计

3.2 铽掺杂GBSG磁光玻璃的基本物理性能表征

3.3 铽掺杂GBSG磁光玻璃的热力学性能表征

3.4 铽掺杂GBSG磁光玻璃的结构表征及其对Verdet常数的影响

3.5 小结

4 波长对铽掺杂GBSG磁光玻璃Verdet常数的影响

4.1 实验设计

4.2 铽掺杂GBSG磁光玻璃Verdet常数的波长依赖性

4.3 铽掺杂GBSG磁光玻璃的有效跃迁波长

4.4 小结

5 温度对铽掺杂磁光玻璃Verdet常数的影响

5.1 实验设计

5.2 铽掺杂磁光玻璃的居里温度

5.3 铽掺杂磁光玻璃的温度依赖性

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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