магнитооптическое стекло

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.