МАГНИТООПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО Российский патент 2012 года по МПК C03C3/68 

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; ZrO₂ 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

В₂O₃ 25-33

Сырьевые материалы использовали в виде оксидов GeO₂ и SiO₂ (осч), Н₃ВО₃ (хч), Аl(ОН)₃ (чда). Тb₂O₃ вводили в шихту через Tb₄O₇ 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.% Тb₂О₃.

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; GeO₂ 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 (α₁₀₆₄≈0,001 см^-1), которое находится на уровне промышленных лазерных фосфатных стекол, активированных Nd³⁺.

Таблица 2 Константа Верде V, неактивное поглощение а, показатель преломления n_е, число Аббе V_e, плотность ρ и концентрация N_Tb ионов Тb³⁺ в стекле №3 Тb₂О₃ мол.% V, угл.мин/см·Э α, см^-1 n_е V_e ρ, г/см³ N_Tb, ион/см³ λ, нм 632.8 1064 632.8 1064 31 0,385 0,108 0,001 0,001 1,8033 46.67 5,54 11,38·10²¹

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.

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 (α₁₀₆₄<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, SiO₂ 5-15, В₂О₃ 25-33, Аl₂O₃ 12-15, GeO₂ 15-25. 2 табл.

Магнитооптическое стекло, включающее Тb₂О₃, SiO₂, В₂О₃, Аl₂О₃, отличающееся тем, что в состав стекла дополнительно введен GeO₂ при следующих соотношениях компонентов, мол.%:
Тb₂O₃ 20-31 SiO₂ 5-15 В₂О₃ 25-33 Аl₂O₃ 12-15 GeO₂ 15-25