CN100999384B - 一种磁旋光玻璃及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种磁旋光玻璃，其组分以摩尔百分比表示为15～35Tb2O3/40～80B2O3+SiO2/0～15Al2O3/0～30ZnO/0～6ZrO2/0～12AlF3+MgF2+CaF2/0～10TiO2/0.5～7InF3。按组分取原料，混均；预热电炉至1200℃～1300℃时，逐次加原料于铂金坩埚内，至1350℃～1410℃时搅拌玻璃液3h～5h；炉温降低至1250℃～1350℃时，将玻璃液倒入模具中，于退火炉精密退火。本发明采用一次熔炼法解决了背景技术中熔制温度及玻璃的澄清、均化温度相对较高的技术问题，其费尔德常数高于国际上通用的含铽磁光玻璃，远高于含铈磁光玻璃。

Description

一种磁旋光玻璃及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种磁光材料，其可广泛用作磁光隔离器、磁光调制器、磁光开关及磁光传感器等，是高性能大口径法拉第旋转元件不可替代的材料。具体涉及一种含铽的磁旋光玻璃及其制备工艺。
背景技术
磁旋光玻璃又叫法拉第旋光玻璃，是一种高透明的、具有磁光效应的特种光学玻璃。磁光效应是偏振光通过磁场中具有磁光特性的物质时，偏振光会发生偏振面旋转的现象。
利用磁旋光玻璃，可以制作光纤通讯中的磁光隔离器、磁光调制器、磁光开关、磁场测量和高压输电线路的电流测量传感器以及磁光存储器等磁光功能器件。在电力输送系统中，可实现电流互感器无铁芯、无绝缘油、无磁饱和、无开路危险等。在航天、制导、卫星测控等方面也有很大用途。另外，用磁旋光玻璃做成的法拉第光旋转器/光隔离器，广泛应用于各种激光系统中，如多级激光放大器、光参量振荡器、环形激光器、掺铒光纤放大器即用于隔离980nm泵浦光的反馈，以及种子注入型激光器等等。总之，一切需要避免有害反射光的场合，如有害反射光会导致光学损伤、导致系统不稳定等场合，都可采用法拉第光旋转器/光隔离器。
现有磁旋光玻璃主要存在如下不足：
1.申请号为91112680.5和申请号95106279.4的中国专利，其熔制温度温度及玻璃的澄清、均化温度相对较高。
2.费尔德(verdet)常数相对较低。费尔德(verdet)常数是单位长度的磁光材料在单位磁场下偏振的旋转角，是磁光材料的重要参数。日本Hoya公司FR5的v值为-0.250min/Oe·cm@632.8nm，-0.071min/Oe·cm@1064nm；美国Kigre M18的v值为-0.257min/Oe·cm@632.8nm，-0.075min/Oe·cm@1064nm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁旋光玻璃及其制备工艺，其解决了背景技术中熔制温度温度及玻璃的澄清、均化温度相对较高的技术问题。
本发明的技术解决方案是：
一种磁旋光玻璃，其特殊之处在于：该磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00021
其中，SiO2的含量＞5，B2O3的含量＞15；AlE3的含量≤6，MgF2的含量≤4，CaF2的含量≤4。
上述磁旋光玻璃的较适宜组分以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00022
其中，SiO2的含量＞5，B2O3的含量＞于15；AlF3的含量≤6，MgF2的含量≤4，CaF2的含量≤4。
上述磁旋光玻璃的较佳组分之一以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00023
上述磁旋光玻璃的较佳组分之一以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00024
Figure G2006100416510D00031
上述磁旋光玻璃的较佳组分之一以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00032
上述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure G2006100416510D00033
上述磁旋光玻璃的制备工艺，其特殊之处在于：该制备工艺的步骤如下
1)按组分及其摩尔百分比取原料，混合均匀；
2)通过电炉加热铂金坩埚，预热电炉至1200℃～1300℃时，将原料逐次加入铂金坩埚内；
3)继续加热电炉至原料熔为玻璃液，在1350℃～1410℃时用铂金叶桨搅拌玻璃液3h～5h；
4)逐渐降低搅拌速度，并降低电炉温度，待炉温降至1250℃～1350℃时，将玻璃液倒入经预热的模具中；
5)将模具置入退火炉中，进行精密退火。
上述加入原料时电炉的预热温度以1200℃～1230℃为宜；铂金叶桨搅拌玻璃液以变速搅拌为佳；所述搅拌玻璃液的温度以1370℃～1400℃为宜，搅拌时间以3.5h～4.5h为宜；所述的将玻璃液倒入经预热的模具中，在电炉温度降至1280℃～1320℃时进行操作为宜；模具的预热温度以380℃～490℃为宜；模具的退火温度以580℃～660℃为宜。
上述电炉的预热以采用用硅碳棒预热为宜；所述的模具以铜模具为宜。
上述加入原料时电炉的预热温度以1250℃为佳；所述搅拌玻璃液的温度以1390℃为佳，搅拌玻璃液的时间以4h为佳；所述的将玻璃液倒入经预热的模具中，在电炉温度降至1300℃时进行操作为佳。
本发明具有以下优点：
1.本发明采用一次熔炼法，制备的旋光玻璃熔制温度低。较之申请号91112680.5和申请号95106279.4的玻璃，熔制温度降低了350℃。
2.玻璃的澄清、均化温度较之申请号91112680.5和申请号95106279.4的玻璃，降低了200℃。
3.本发明的费尔德(verdet)常数高于国际上通用的含铽磁光玻璃，远高于含铈磁光玻璃。
4.本发明磁旋光玻璃的费尔德常数可达-0.39min/Oe·cm@632.8nm，-0.071min/0e·cm@1064nm，透明窗口为500nm～1400nm，排水法测定的玻璃密度为4.26～4.59g/cm3()，玻璃转变温度为620℃～688℃，破坏阈值为5～10J/cm2。
5.具有良好的机械、物理、光学性能。所制造的磁光器件体积更小、重量更轻、性能更高，而成本较低。
6.该玻璃在可见光区和近红外光区有较高的透过率，可用作法拉第旋光片。
7.制成的磁光器件其可靠性、灵敏度、抗干扰性、及绝缘性均优于现有技术。更宜于实现光纤通讯、信息处理、源光技术及电力系统中的自动监控。
附图说明
图1是本发明磁旋光玻璃的吸收光谱图。
具体实施方式
本发明磁旋光玻璃的原料组分以摩尔百分比表示如下：
Figure G2006100416510D00051
其中，SiO2的含量＞5，B2O3的含量＞15；AlF3的含量≤6，MgF2的含量≤4，CaF2的含量≤4；InF3的含量≤7。
本发明组分中，B2O3与SiO2为玻璃网络形成体。试验证明，B2O3与SiO2的含量低于40时，会使玻璃析晶，玻璃的化学稳定性会降低；B2O3与SiO2的含量超过85mol％时，玻璃的高温熔制粘度增高，不仅使玻璃的熔制困难，而且会影响玻璃中其它组分的加入。故，B2O3与SiO2的含量以40～80为宜。熔制玻璃时B2O3与SiO2一般宜以SiO2和H3BO3的形式引入。AlE3、MgF2、CaF2在玻璃熔制中起到澄清剂的作用。熔制玻璃时AlF3、MgF2、CaF2一般宜直接以氟化物形式引入。ZnO和ZrO2是为了调整玻璃的析晶性能。熔制玻璃时ZnO和ZrO2一般宜直接以氧化物形式引入。InF3和TiO2用于改善玻璃的熔制性能。Al2O3一般宜以氧化物或部分以Al(OH)3或AlF3形式引入，但Al(OH)3或AlF3的含量以不大于Al2O3总量的1/3为宜。Tb2O3一般宜以氧化物Tb4O7的形式引入玻璃中。
本发明磁旋光玻璃以摩尔百分比表示的具体组分实施例，及部分实施例的费尔德(verdet)常数(min/Oe.cm@632.8nm)：
Figure G2006100416510D00052
本发明通过高温熔炼制备磁旋光玻璃。
实施例1：
1)按组分20.0Tb2O3/40.0B2O3+SiO2/10.0Al2O3/16.5ZnO/5.0ZrO2/2.5InF3/3.6AlF3+MgF2+CaF2/2.4TiO2取原料，混合均匀，称取500克原料。
2)电炉加热铂金坩埚，用硅碳棒加热至炉温为1220℃时，逐次加入原料。
3)继续加热电炉，至1350℃时搅拌玻璃液3h。
4)降低炉温至1280℃时，将玻璃液倒入预热的模具中。
5)在退火炉中以580℃精密退火。
实施例2：
按组分25.0Tb2O3/50.0B2O3+SiO2/10.0ZnO/2.5ZrO2/0.5InF3/12.0AlF3+MgF2+CaF2/取原料，至炉温为1200℃时加料，至1320℃时搅拌玻璃液3.5h，1250℃时将玻璃液倒入预热的铜模具中，在退火炉中580℃精密退火。
实施例3：
按组分30.0Tb2O3/48.0B2O3+SiO2/15.0Al2O3/4.5ZnO/1.0ZrO2/1.0InF3/3.5TiO2取原料，至炉温为1280℃时加料，至1400℃时搅拌玻璃液4.5h，1300℃时将玻璃液倒入预热的铜模具中，在退火炉中650℃精密退火。
实施例4：
按组分15.0Tb2O3/45.0B2O3+SiO2/8.6Al2O3/7.1ZnO/4.9ZrO2/5.0InF3/7.4AlF3+MgF2+CaF2/7.0TiO2取原料，至炉温为1270℃时加料，至1380℃时搅拌玻璃液4h，1280℃时将玻璃液倒入预热的铜模具中，在退火炉中600℃精密退火。
本发明磁旋光玻璃的v值为-0.21～-0.39min/Oe·cm@632.8nm，-0.071～-0.076min/Oe·cm@1064nm。Tb20玻璃的v值为-0.27min/Oe·cm@632.8nm，-0.076min/Oe·cm@1064nm。

Claims (10)

1.一种磁旋光玻璃，其特征在于：该磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
其中，SiO2的含量＞5，B2O3的含量＞15；AlF3的含量≤6，MgF2的含量≤4，CaF2的含量≤4。
2.根据权利要求1所述的磁旋光玻璃，其特征在于：所述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure F2006100416510C00012
其中，SiO2的含量＞5，B2O3的含量＞15；AlF3的含量≤6，MgF2的含量≤4，CaF2的含量≤4。
3.根据权利要求1或2所述的磁旋光玻璃，其特征在于：所述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure F2006100416510C00013
4.根据权利要求1或2所述的磁旋光玻璃，其特征在于：所述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure F2006100416510C00021
5.根据权利要求1或2所述的磁旋光玻璃，其特征在于：所述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure F2006100416510C00022
6.根据权利要求1或2所述的磁旋光玻璃，其特征在于：所述磁旋光玻璃的组分以摩尔百分比表示为
Figure F2006100416510C00023
7.一种权利要求1或2所述的磁旋光玻璃的制备工艺，其特征在于：该方法的步骤如下
1)按组分及其摩尔百分比取原料，混合均匀；
2)通过电炉加热铂金坩埚，预热电炉至1200℃～1300℃时，将原料逐次加入铂金坩埚内；
3)继续加热电炉至原料熔为玻璃液，在1350℃～1410℃时用铂金叶桨搅拌玻璃液3h～5h；
4)逐渐降低搅拌速度，并降低电炉温度，待炉温降至1250℃～1350℃时，将玻璃液倒入经预热的模具中；
5)将模具置入退火炉中，进行精密退火。
8.根据权利要求7所述磁旋光玻璃的制备工艺，其特征在于：加入原料时电炉的预热温度为1200℃～1230℃；铂金叶桨搅拌玻璃液为变速搅拌；所述搅拌玻璃液的温度为1370℃～1400℃，搅拌时间为3.5h～4.5h；所述的将玻璃液倒入经预热的模具中，是在电炉温度降至1280℃～1320℃时进行操作；模具的预热温度为380℃～490℃；模具的退火温度为580℃～660℃。
9.根据权利要求8所述磁旋光玻璃的制备工艺，其特征在于：所述电炉的预热是用硅碳棒预热；所述的模具为铜模具。
10.根据权利要求9所述磁旋光玻璃的制备工艺，其特征在于：所述加入原料时电炉的预热温度为1250℃；所述搅拌玻璃液的温度为1390℃，搅拌玻璃液的时间为4h；所述的将玻璃液倒入经预热的模具中，是在电炉温度降至1300℃时进行操作。
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