магнитооптическое стекло
Классы МПК: | C03C3/068 содержащие редкоземельный металл |
Автор(ы): | Саркисов Павел Джибраелович (RU), Сигаев Владимир Николаевич (RU), Голубев Никита Владиславович (RU), Савинков Виталий Иванович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-05-06 публикация патента:
10.06.2012 |
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к магнитооптическим стеклам, содержащим оксид тербия, для использования в качестве устройств, работающих на принципе эффекта Фарадея. Изобретение позволяет проводить синтез стекла с высокой постоянной Верде V (более 0,38 угл.мин/см· Э на длине волны 632.8 нм) при низком поглощении на рабочей длине волны ( 1064<0,002 см-1) и низкой склонности к кристаллизации, позволяющей получать магнитооптическое стекло традиционными методами оптического стекловарения. Полученный уровень свойств достигается составом магнитооптического стекла, включающего, мол.%: Тb2O3 20-31, SiO 2 5-15, В2О3 25-33, Аl2 O3 12-15, GeO2 15-25. 2 табл.
Формула изобретения
Магнитооптическое стекло, включающее Тb2О3 , SiO2, В2О3, Аl2 О3, отличающееся тем, что в состав стекла дополнительно введен GeO2 при следующих соотношениях компонентов, мол.%:
Тb2O3 | 20-31 |
SiO 2 | 5-15 |
В2 О3 | 25-33 |
Аl2 O3 | 12-15 |
GeO2 | 15-25 |
Описание изобретения к патенту
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.
Известны магнитооптические силикоборатные стекла, содержащие, мас.%: SiO2 2.4-11.7; В2О3 11.7-40.5; CaO 0.4-17.3; Tb4О7 22.5-44.9; ZrO 2 1.6-6.0 [1].
Наиболее близкими к изобретению являются стекла, включающие, мол.%: Тb2O3 25-30; Аl2О3 10-20; SiO2 15-27.5; В2O3 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.%:
Тb2О3 20-31
Аl2O3 12-15
SiO2 5-15
GeO2 15-25
В 2O3 25-33
Сырьевые материалы использовали в виде оксидов GeO2 и SiO2 (осч), Н3ВО3 (хч), Аl(ОН)3 (чда). Тb2O3 вводили в шихту через Tb 4O7 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.
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 GeO2, 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.% Тb2 О3.
Таблица 1 | ||||||
Составы и значения постоянной Верде стекол | ||||||
№ | Состав, мол.% | V, угл.мин/см·Э | ||||
Tb2O3 | GeO2 | В2O3 | SiO2 | Аl2O3 | 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 |
Наибольшее значение постоянной Верде (V=0.410 угл.мин/см·Э) получено для стекла состава, мол.%: Тb2O3 33; GeO 2 25; В2O3 27; SiO2 5; Аl2О3 12, с максимально возможным содержанием Тb2О3, 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 ( 1064 0,001 см-1), которое находится на уровне промышленных лазерных фосфатных стекол, активированных Nd3+.
Таблица 2 | ||||||||
Константа Верде V, неактивное поглощение а, показатель преломления nе, число Аббе Ve, плотность и концентрация NTb ионов Тb3+ в стекле № 3 | ||||||||
Тb2О3 мол.% | V, угл.мин/см·Э | , см-1 | nе | Ve | , г/см3 | NTb, ион/см3 | ||
, 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 21 |
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.
Класс C03C3/068 содержащие редкоземельный металл
неодимовое стекло - патент 2320553 (27.03.2008) | |
оптическое стекло - патент 2320552 (27.03.2008) | |
стекло - патент 2316485 (10.02.2008) | |
стекловидное покрытие - патент 2311369 (27.11.2007) | |
радиационно устойчивое стекло - патент 2079456 (20.05.1997) | |
желтое стекло - патент 2063934 (20.07.1996) | |
оптическое стекло, устойчивое к действию гамма-излучения - патент 2036867 (09.06.1995) |