【摘要】：磁光玻璃主要利用磁光效應中的法拉第效應,法拉第效應反映了材料的一種能力,即在磁場存在的條件下平行于入射光的方向,穿過介質(zhì)的線偏振光的偏振面發(fā)生偏折,偏折角為一定值。磁光材料的應用廣泛,包括磁光感應器,磁光調(diào)制器的安全編碼,二極管,隔離器和磁光開關等。目前磁光材料分為晶體和非晶兩種,非晶體相比于晶體,首先易于制備,玻璃的加工技術成熟,順磁性稀土離子均勻分布于基質(zhì)玻璃,磁光玻璃光學性能良好。第二,玻璃各向同性,沒有本證圓雙折射。第三,玻璃材料在配方設計、成型和加工過程中有更大的靈活性,可以制備出符合應用的磁光玻璃。通過傳統(tǒng)熔融萃火技術制備配方成分為15GeO_2 20B2O_3 20SiO_2 Ga2O_3(45 x) x Tb_2O_3(x=14,18,22和25)的磁光玻璃。利用多波段旋光系數(shù)測量儀測出磁光玻璃Verdet常數(shù),計算其光學堿度和光學帶隙,最后結合稀土光譜理論研究了稀土氧化物對磁光玻璃物理性能、結構以及光譜性能的影響。同時探究物理性能、結構以及波長對Verdet常數(shù)的影響,得到以下結論:(1)磁光玻璃的密度和折射率與Tb_2O_3摻雜量有關,二者近似呈直線關系。用Tb_2O_3(7.3g/cm3)取代Ga2O_3(5.9g/cm~3)使磁光玻璃密度增加;同時隨著玻璃折射率的增大,根據(jù)光學堿度理論得出氧離子極化率和光學堿度增大,即隨著Tb_2O_3摩爾含量的增加氧離子極化率和光學堿度也增大。(2)隨著氧離子極化率和光學堿度的增大,磁光玻璃中游離氧的含量增加。再結合XRD圖譜和傅立葉紅外光譜,研究得出磁光玻璃結構隨Tb_2O_3含量的增加從[BO_3]和[GaO_4]變成[BO_4]、[GaO_6]以及[SiO_4]等混合網(wǎng)絡構成。(3)根據(jù)磁光玻璃熱穩(wěn)定性表征數(shù)據(jù)β可知,磁光玻璃試樣在Tb_2O_3含量為22mol.%時,β達到最大(0.728)玻璃穩(wěn)定性最高。同時隨著Tb_2O_3含量的增加析晶活化能先增大后減小,變化規(guī)律與玻璃熱穩(wěn)定性表征數(shù)據(jù)β相同,且Tb_2O_3含量為22mol.%時Ea最大(473.1Kj/mol),析晶傾向最小。(4)隨著Tb_2O_3含量的增加,磁光玻璃中O_2-增加導致玻璃結構疏松,磁光玻璃的Urbach能和光學帶隙降低。本文中Tb_2O_3質(zhì)量百分數(shù)大于10wt.%,磁光玻璃激發(fā)、發(fā)射光譜強度以及熒光壽命都隨著Tb_2O_3的增加而降低。隨著光學帶隙降低,Tb~(3+)發(fā)生能級躍遷所需能量減小,而磁光玻璃強度降低。此時Tb~(3+)離子的(~5D3_,~7F_6)→(~5D_4,~7F_0)交叉弛豫導致發(fā)光強度降低。(5)磁光玻璃的Verdet常數(shù)隨Tb_2O_3含量和光學堿度的增加而增大,而隨光學帶隙的增大而減小。Tb_2O_3摻量增加,玻璃中游離O_2-增加,氧離子極化率增加,易形成電子云,允許直接躍遷、間接躍遷的帶隙能量減小。光學帶隙減小,發(fā)光強度降低,Verdet常數(shù)增大。磁光玻璃的Verdet常數(shù)隨入射波長的增加呈指數(shù)式降低。通過對經(jīng)典量子理論公式的變換得出各磁光玻璃的有效躍遷波長,磁光玻璃的有效躍遷波長隨Tb_2O_3摻量的增加先增大后減小。當Tb_2O_3含量為22mol.%時,有效躍遷波長達到最大(299nm)。同時Tb_2O_3含量為18mol.%的磁光玻璃在可見光范圍內(nèi)具有最大的磁光品子因子。(6)共摻磁光玻璃的發(fā)光強度均隨著Tb~(3+)、Dy~(3+)含量的增加而減弱。在高濃度受主離子(Tb~(3+))存在下,Dy~(3+)/Tb~(3+)之間能量傳遞通過無輻射躍遷和~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉弛豫共同作用;隨著Dy~(3+)含量的增加,無輻射共振作用減弱,~4F_(9/2)+~7F_6→~6H_(15/2)+~5D_4交叉馳豫作用增強。Dy~(3+)含量小于1mol.%時,通過Dy~(3+)/Tb~(3+)之間無輻射共振作用傳遞的能量大于交叉馳豫作用,G1玻璃的發(fā)光強度大于D1玻璃;反之,交叉馳豫作用顯著。
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【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ171.1

【參考文獻】

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本文編號：2188621