[发明专利]高V值和低温度系数重金属硼酸盐玻璃及制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种高V值和低温度系数重金属硼酸盐玻璃及制备方法与应用。制备方法是将PbO、B₂O₃或H₃BO₃以及Bi₂O₃充分混合后进行熔融并澄清，还可添加稀土氧化物或过渡金属氧化物，并进行搅拌均化，通过熔融‑浇注法制备出高V值和低温度系数重金属硼酸盐玻璃。本发明提供的重金属硼酸盐玻璃制作成本低，具有高Verdet常数和很低的温度依赖性，所述重金属硼酸盐玻璃可广泛用于各类磁光器件的设计且不需要采取温度补偿技术。该类玻璃具有优良磁旋光性能，近红外透过率可达到85％，适合制备磁光电流传感器、磁光开关、磁光调制器及磁光隔离器等各类磁光器件。

技术领域

本发明涉及高磁光玻璃领域，更具体地，涉及一种高磁光性能和低温度系数的重金属硼酸盐玻璃。

背景技术

磁光材料是指当外加磁场方向平行于偏振光传输方向时会发生法拉第旋光效应的物质，法拉第旋光效应最早发现于1845年，但直到最近几十年随着光电技术的发展，对具有这种特性的物质的研究才取得了重大进步。磁光材料目前广泛应用于磁光隔离器、磁光传感器和磁光开关等器件中。早期的磁光材料主要以磁光晶体为主，但在制备过程中它们的原材料难以一致熔融而获得较大的单晶，导致工艺复杂且价格昂贵。与磁光晶体相比，磁光玻璃受温度影响较小，磁光玻璃的制作工艺也更方便，更容易制成体积较大的成品，造价更低。

含有Pb²⁺、Bi³⁺、Ge²⁺、Te⁴⁺等逆磁性离子的磁光玻璃被称为逆磁性玻璃，与添加顺磁性离子的磁光玻璃相比，普通逆磁性玻璃的Verdet常数稍小，但可以获得更好的温度稳定性。在实际应用中(例如光纤)，较小的Verdet常数这一劣势可以通过使用更长的光路进行弥补，虽然此时磁光玻璃性能的温度依赖性也会有一定程度的放大，可能影响磁光器件的准确性，但只要保证具有足够小的温度系数，逆磁性磁光玻璃就比顺磁性磁光玻璃具有更好的发展前景。

发明内容

本发明解决了现有技术中逆磁性磁光玻璃Verdet常数小、实际应用中温度依赖性高以及近红外波段透过率低的技术问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种高磁光性能重金属硼酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)将PbO、B₂O₃和Bi₂O₃混合均匀，得到混合物A；或者将PbO、H₃BO₃和Bi₂O₃混合均匀后，加热使其中的H₃BO₃脱水生成B₂O₃，得到混合物A；将混合物A加热至950℃-1200℃，使所述混合物A熔融并澄清，在此温度范围内保持1h-1.5h，并同时进行搅拌均化，得到熔融液；

(2)将步骤(1)得到的熔融液倒入预热至250℃-280℃的模具中，将模具放入250℃-280℃的退火炉中保温2h-2.5h，然后自然冷却至10℃-20℃，得到重金属硼酸盐玻璃。

优选地，所述混合物A还包括稀土氧化物。

优选地，所述稀土氧化物为Tb₂O₃、Er₂O₃、Dy₂O₃、Ce₂O₃和Pr₂O₃中的至少一种。