МАГНИТООПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
MAGNETO-OPTICAL GLASS

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде V, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении для изготовлении устройств, работающих на принципе эффекта Фарадея.
2
2
3
4
7
2
Известны магнитооптические силикоборатные стекла, содержащие, мас.%: SiO 2.4-11.7; ВО 11.7-40.5; CaO 0.4-17.3; TbО 22.5-44.9; ZrO 1.6-6.0 [1].
2
3
2
3
2
2
3
Наиболее близкими к изобретению являются стекла, включающие, мол.%: ТbO 25-30; АlО 10-20; SiO 15-27.5; ВO 10-27.5 [2]. Однако такие стекла обладают сравнительно низкой постоянной Верде V, не превышающей 0.312 и 0.103 угл.мин/см·Э на длинах волн 632.8 и 1064 нм соответственно.
Цель изобретения - обеспечение высокой постоянной Верде V при минимальном поглощении на рабочей длине волны и низкой склонности к кристаллизации, позволяющей получать магнитооптическое стекло традиционными методами оптического стекловарения.
Достигается это тем, что стекло содержит компоненты в соотношении, мол.%:
2
3
ТbО 20-31
2
3
АlO 12-15
2
SiO 5-15
2
GeO 15-25
2
3
ВO 25-33
2
2
3
3
3
2
3
4
7
Сырьевые материалы использовали в виде оксидов GeO и SiO (осч), НВО (хч), Аl(ОН) (чда). ТbO вводили в шихту через TbO марки (Е). Варку стекол проводили в электрических лабораторных печах сопротивления в платиновых тиглях объемом 300 мл при 1350-1450°С в течение 2 ч. Варку осуществляли в сосуде из дисперсионно упрочненной платины с регулированием окислительно-восстановительных условий варки и размешиванием стекломассы платиновой мешалкой. Засыпка шихты осуществлялась последовательно порциями по мере ее развара. Расплав стекла отливали в металлическую форму и отжигали в муфельной печи при температурах 450-550°С в зависимости от состава. Составы стекол и значения их постоянной Верде приведены в табл.1.
2
2
3
Получение оптических стекол с высоким содержанием редких земель связано со значительными технологическими трудностями, вызванными явлениями ликвации и кристаллизации, а в силикатных системах - и с высокой температурой варки порядка 1600°С [3]. Благодаря варьированию содержания основных компонентов и введению GeO, удается минимизировать кристаллизационную способность стекол и снизить температуру варки до 1450°С. Оптимизация состава и подавление зарождения кристаллов и их роста в процессе варки и выработки (перемешивание стекломассы винтовой мешалкой, высокая скорость выработки стекломассы, снижение максимальной температуры отжига при увеличении его длительности) обеспечили возможность получения стекол оптического качества вплоть до 31 мол.% ТbО.
Таблица 1
Составы и значения постоянной Верде стекол
№
Состав, мол.%
V, угл.мин/см·Э
Tb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
GeO<sub>2</sub>
В<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
632.8 нм
1
20
20
33
15
12
0,210
2
25
15
30
15
15
0,260
3
30
15
27
15
13
0,380
4
30
25
25
5
15
0,380
5
31
25
25
5
14
0,385
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
1064
-1
3+
Наибольшее значение постоянной Верде (V=0.410 угл.мин/см·Э) получено для стекла состава, мол.%: ТbO 33; GeO 25; ВO 27; SiO 5; АlО 12, с максимально возможным содержанием ТbО, однако получение стекла оптического качества этого состава затруднительно вследствие его высокой кристаллизационной способности. Небольшое, на 2 мол.%, снижение содержания оксида тербия позволяет получить стекло состава 5 оптического качества, свойства которого приведены в табл.2. Постоянная Верде этого стекла составляет 0,385 угл.мин/см·Э при низкой величине поглощения (α≈0,001 см), которое находится на уровне промышленных лазерных фосфатных стекол, активированных Nd.
Таблица 2
Константа Верде V, неактивное поглощение а, показатель преломления n<sub>е</sub>, число Аббе V<sub>e</sub>, плотность ρ и концентрация N<sub>Tb</sub> ионов Тb<sup>3+</sup> в стекле №3
Тb<sub>2</sub>О<sub>3</sub> мол.%
V, угл.мин/см·Э
α, см<sup>-1</sup>
n<sub>е</sub>
V<sub>e</sub>
ρ, г/см<sup>3</sup>
N<sub>Tb</sub>, ион/см<sup>3</sup>
λ, нм
632.8
1064
632.8
1064
31
0,385
0,108
0,001
0,001
1,8033
46.67
5,54
11,38·10<sup>21</sup>
Источники информации
1. United States Patent №3,935,020, С03С 3/04; С03С 3/08 «Стекла с фарадеевским вращением» Emil W.Deeg, David A. Krohn; Robert E. Graf. Заявитель: American Optical Corporation. Дата публикации: 27.01.1976.
2. United States Patent №3,971,723, H01F 1/00; С03С 3/04; С03С 3/08; С03С 3/30 «Стекло для фарадеевских вращателей» Hidemi Tajima; Yoshiyuki Asahara; Tetsuro Izumitani. Заявитель: Ноуа Glass Works, Ltd. Дата публикации: 27.07.1976.
3. Зарубина Т.В., Петровский Г.Т. Отечественные магнитооптические стекла // Опт. журн. - 1992. - №11. - С.48-52.