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磁光玻璃的研究进展／李婧等?２１９?磁光玻璃的研究进展’李婧，欧阳雪琼，卢安贤（中南大学材料科学与工程学院，长沙４１００８３）摘要 高Ｖｅｒｄｅｔ常数磁光玻璃在光学隔离器、小型激光器、光纤通信和光纤传感等方面都有重要应用。从磁光效应的基本原理出发，系统地综述了逆磁性和顺磁性玻璃的研究发展状况，详细地分析了影响磁光玻璃Ｖｅｒｄｅｔ常数的主要因素，探讨了磁光玻璃的发展方向。关键词磁光效应费尔德常数玻璃法拉第旋转ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＬＩＭａｇｎｅｔｏ－ＯｐｔｉｃａｌＧｌａｓｓｅｓＡｎｘｉａｎＪｉｎｇ，ＯＵＹＡＮＧ Ｘｕｅｑｉｏｎｇ，ＬＵ（Ｓｃｈｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ ＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈＶｅｒｄｅｔ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｈａｖｅｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｏｐｔｉｃａｌｏｎ ｉｓｏｌａｔｏｒ，ｍｉｎｉ ｓｉｚｅｌａｓｅｒ，ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｂａｓｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌｅｆｆｅｃｔ。ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ ｒｎａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌｇｌａｓｓｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐａｒａｍａｇ—ｎｅｔｉｓｍ ａｎ ｄｉａｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｇｌａｓｓ，ｉｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｃａｌｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ Ｖｅｒｄｅｔ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓＫｅｙｗｏｒｄｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎ ｄｅｔａｉｌ Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆ ｇｌａｓｓｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｇｌａｓｓｅｓ，Ｆａｒａｄａｙｒｏｔａｔｉｏｎｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌｅｆｆｅｃｔ，Ｖｅｒｄｅｔ０前言磁旋光玻璃．又叫法拉第旋转玻璃，是近几十年新发展起来的一种透明光学功能材料，它能使一束平行于磁场的线偏振光的偏振面发生旋转。磁旋光玻璃是高新技术密集产品的核心材料，被广泛地应用于光学、电学、磁学科的高科技领域，如可用这种材料制作光纤通信中的光隔离器、磁光调制器、磁光衰减器、磁光开关、磁光传感器以及各种高精度旋光仪等［１．３］。在磁光材料中，费尔德（Ｖｅｒｄｅｔ）常数是一项非常重要的参数。尽管Ｙ３ＦＩ岛０１２、Ｇｄ２ＢｉＦｅ３０１ｚ等稀土铁石榴石晶体（ＹＩＧ）有极高的Ｖｅｒｄｅｔ常数，在红外光区透过率高，但对可见光不透明，作为Ｆａｒａｄａｙ旋转元件时只能应用于红外光区［１］，生长较困难，周期较长。磁光玻璃的Ｖｅｒｄｅｔ常数相对晶体系列较。捎诓ＡР牧贤腹庑阅芎、光学均匀性好、价格低廉、原料普及，特别是容易制得大尺寸制品等一系列优点，而在磁光器件的应用上显示了强大的生命力。如果引入磁场强度Ｈ，旋转角０可用式（２）表示：ｐ＝ＶｄＬＨ（２）式中：０是偏振面旋转角，用度（。）或分（７）表示；Ｈ是磁场强度，用安培／米（Ａ／ｍ）或奥斯特（０ｅ）表示；ｎ是费尔德（Ｖｅｒｄｅｔ）常数，国际标准单位为ｏ）／（Ｏｅ?ｍ）或（’）／（Ｏｅ?ｃｍ）。Ｖｅｒｄｅｔ常数是物质周有的比例系数，相当于单位长度试样在单位磁场强度作用下光偏振面被旋转的角度Ｃ２］，它是磁光玻璃的一项重要参数。２逆磁性玻璃在外加磁场中，具有惰性气体电子层结构的离子显示出逆磁性。构成玻璃网络形成体和网络外体的离子，如Ｓｉ”、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋和Ｐｂ２＋等都具有填满的电子层结构，因此在磁场中显示出逆磁性。如果玻璃中的离子具有大的离子半径和易极化的外层电子结构，以及具有Ｓ２一ｓｐ（包括１ｓｏ－－，－ｌｌ：ｎ、３ｐ１）电子跃迁模式，玻璃就有大的Ｖｅｒｄｅｔ常数，如Ｇａ＋、Ｉｎ＋、ＴＩ＋，Ｇｅ２十、Ｓｎ２＋、ｐｂ２＋、Ａｓ３＋、Ｓｂ３＋、Ｂｉ３＋和Ｔｅ４＋等离子［２１。１法拉第旋光效应法拉第旋光效应，是指沿平行于外加磁场方向传输的光在通过透明物质时偏振面发生旋转的现象。由于磁化引起离子基态和（或）激发态能级分裂。致使介质的左旋和右旋偏振光折射率ｎ一和挖＋不相等，引起光的偏振方向发生旋转。法拉第效应是非互易现象，旋转角度０依赖于波长Ａ和光程长度Ｌ：０－－－－－７兀＂（咒＋一ｎ一）ＬＡ根据经典电磁理论，逆磁性Ｖｅｒｄｅｔ常数％可用式（３）表示：儿＝（舞）Ａ害（３）式中＂－ｅ和仇分别表示电子的电荷与质量，口为介质的磁导率，ｅ为光在真空中的速度，押表示介质的折射率。Ａ为入射光波长，ｄｎ／出表示介质的色散。从式（３）得出，随着介质色散的增大．其逆磁性Ｖｅｒｄｅｔ常数也增大，而色散又与玻璃组成直接相关。＊国家自然科学基金资助（５０６７２１３４）卢安贤：通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ａｘｌｕ＠ｍａｉｌ Ｃ８１．Ｉ．ｅｄｕ ｃｎ万方数据