[发明专利]一种单斜相钽铌酸铽磁光晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种单斜相钽铌酸铽磁光晶体及其制备方法和应用，涉及磁光晶体及器件领域，该单斜相钽铌酸铽磁光晶体的化学式为TbTa_xNb_1‑xO₄,其中0≤x≤1。该磁光晶体具有单斜对称结构，熔体组份一致共融，可以采用提拉法晶体生长方法生长优质单晶，生长工艺简单，周期较短，可以实现大规模、低成本批量生产。所述磁光晶体在可见及近红外区域具有(500‑1600nm)较高透过率，且晶体中磁性稀土离子含量高，电子交换作用大，有利于产生较好的磁光性能等优点，可以用于制作可见及近红外磁光器件，如磁光隔离器、磁光调制器、磁光传感器、磁光开关等。

技术领域

本发明涉及磁光晶体及器件技术领域，具体涉及一种单斜相钽铌酸铽磁光晶体及其制备方法和应用。

背景技术

一束光射入具有固有磁矩的物质内部或者在物质界面发生反射时，其传播特性(偏振面、相位或散射特性)会发生变化，这个现象称为磁光效应，能够产生磁光效应的光电信息功能晶体称为磁光晶体。法拉第旋光效应属于磁光效应的一种，即当线偏振光(见光的偏振)在磁光晶体中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转。利用磁光晶体法拉第旋光效应可以制成具有光学隔离、光学调制及磁光开关等功能的磁光器件。近年来，随着光通讯、光网络、高功率激光技术及精密光学等领域的发展，磁光晶体及磁光器件受到越来越多的重视，在研究广度和深度上都有了极大的提升。

目前商业化应用的主流磁光器件所使用的磁光晶体有钇铁石榴石(YIG)及其掺杂的系列晶体和薄膜、含铽石榴石晶体、顺磁性磁光玻璃等。其中，(1)钇铁石榴石(YIG)及其掺杂的系列晶体和薄膜主要应用于近红外波段(1300nm-1500nm)磁光器件，而在可见波段因透过率较低而无法适用。该系列材料具有Verdet常数(旋光系数)大，矫顽力小等优点，但体系属于非同成分熔融，因而不适合大尺寸、高质量制备；(2)含铽石榴石晶体主要有铽镓、铽铝和铽钪铝石榴石晶体，该系列磁光晶体在可见和近红外波段均具有较高的透过率，且Verdet常数较大，因而得到了广泛的商业化应用。但铽镓石榴石晶体在生长过程中存在组份Ga₂O₃的挥发，致使生长的晶体消光比较大且成品率较低；铽铝石榴石晶体属于非同成分熔融，因而大尺寸、高质量制备非常困难；铽钪铝石榴石晶体生长过程中容易在晶体内部产生较大的热应力，从而致使晶体开裂；以上这些含铽石榴石晶体的缺点严重影响了该系列磁光晶体的应用前景。(3)顺磁性磁光玻璃主要应用在可见波段。由于该类材料属于非晶材料，透光性较好，价格低廉且容易大尺寸制备，因而在可见波段的磁光器件中表现出广阔的应用前景。但与磁光晶体相比，该类材料的Verdet常数较小、且热稳定性和化学稳定性较差，因此不适合用于制作高功率磁光器件和磁光器件的微型化。

基于上述磁光材料的不足，我们重点探索了钽铌酸铽材料(TbTa_xNb_1-xO₄,0≤x≤1)的磁光性能。正钽铌酸铽材料属于单斜结构，物理化学性能稳定，可以采用提拉法进行大尺寸、高质量单晶制备。钒、铌和钽位于元素周期表中同一副族，因而正钒、铌和钽酸盐在物化性能方面表现出诸多的相似性，如正钒、铌和钽酸盐均是高效的激光晶体材料(Laser&Photonics Reviews,2014,8(6):847-864；Journal of Alloys and Compounds,2017,693:339-343)。近年来，钒酸铽晶体被报道是一种性能优良的磁光材料(Optical Materials,2015,47:543-547)，但关于正钽铌酸铽晶体的磁光性能研究尚未见报道。

发明内容

(一)解决的技术问题