高Verdet常数逆磁性硫系玻璃的制备与法拉第效应研究

Magneto-optical glasses are of considerable current interest, primarily for applications in optical isolation, optical switching, optical modulation and fiber current sensor. Based on the principle of magneto-optical materials, diamagnetic chalcogenide glasses doped with ions of high polarization were studied. The effect of various the composition on thermal stability and optical properties were investigated. The relation between the Verdet constant and the optical bandgap were discussed. Fibers were obtained and the Faraday Effect in fibers were studied. The research will be a great benefit to magneto-optical materials and devices with intellectual property rights.

基于法拉第效应的磁光材料在磁光隔离器、磁光开关、磁光调制器及光纤电流传感器等方面具有重要应用。本课题在磁光材料的理论研究基础上，针对常用顺磁性材料Verdet常数随温度变化敏感等缺点，提出利用硫系基质玻璃的逆磁性质，通过引入具有高极化率的重金属离子，以期得到具有高Verdet常数且与温度无关的新型逆磁性磁光材料。探究逆磁性离子的引入对玻璃结构、热学、光学性质的影响，建立玻璃组成结构，光学带隙等参数对Verdet常数的影响规律。研究新型高Verdet常数逆磁性硫系材料的成纤特性，探明纤维化对法拉第效应的影响。本研究对开发具有自主知识产权的磁光特种玻璃、光纤及器件具有重要意义。

磁光材料在现代光通讯和光子集成领域具有重要应用。硫系玻璃作为一种逆磁性磁光玻璃因其宽的红外透过窗口，Verdet常数温度系数低，而在全光纤探测，通信以及集成光学等领域具有广阔的应用前景。但是目前限制硫系玻璃应用的瓶颈是该材料的Verdet常数低，如何获得Verdet常数的影响因素，并通过组分优化获得高Verdet常数的玻璃，是目前研究的重要课题。.本项目以GeS2-Ga2S3，GeS2-Ga2S3-In/Sb2S3，GeS2-Ga2S3-PbI2 和 GeS2-In2S3-PbI2等几组体系作为基质玻璃，系统研究了材料的磁光性能。结果表明，具有s2-sp电子跃迁的，包括1S0→1P1, 3P0,1,2 等离子，通常具有大的Verdet常数。通过对玻璃组分与Verdet常数关系的研究可知，Becquerel公式在长波处与实验结果符合的很好。Verdet常数可由对应波长处的折射率近似估算。当温度改变时，硫系玻璃的Verdet常数可近似认为是常数，表明硫系玻璃可用于温度变化较大的环境以及稳定要求较高的磁光系统中。