[发明专利]具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于人工体材料领域，具体的说是一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体。

背景技术

钇铁石榴石(YIG)磁光晶体和薄膜可以用在光隔离器、光纤电流传感器、激光陀螺、微波器件、环形器及磁光显示器等磁光器件中。其中光隔离器是现代光通信技术等领域中不可缺少的关键器件之一，作为一种单向器，光隔离器是一种光非互易传播光纤无源器件。作为磁光隔离器核心部件，所用磁光晶体材料的品质，直接关系到器件隔离度和信息传输质量。九十年代后，光隔离器的发展特点是朝着波长系列化、高指标及小型化方向发展。因此，长期以来人们一直在寻找具有优异性能的新型磁光材料。目前用磁光晶体制成的法拉弟转子约1mm厚左右，需要一个相当大的永久磁铁使其处于饱和磁化状态，外加磁场对光隔离器及分束器等光通讯器件的微型化、集成化及新结构器件设计都是不利的。本发明通过对钇铁石榴石(YIG)的掺杂取代，使晶体具有矩形磁滞回线和高的矫顽磁场，充磁后能形成自锁，这样在器件中就不需外加磁场，将非常有利于器件的微型化和集成化。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体及其制备方法。

本发明的技术方案：一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体，所述磁光晶体的化学表达式为(Y_3(1-x-y)Eu_3xBi_3y)(Fe_5(1-z)Ga_5z)O₁₂，其中0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1。

所述磁光晶体的矫顽磁场大于1000Oe时，Eu³⁺离子的掺杂浓度范围为10at％-20at％，即x的取值范围为0.1-0.2；Bi³⁺离子的掺杂浓度范围为10at％-20at％，即y的取值范围为0.1-0.2；Ga³⁺离子的掺杂浓度范围为20at％-40at％，即z的取值范围为0.2-0.4，其中at％表示原子百分比。

一种具有矩形磁滞回线和高矫顽磁场的磁光晶体的制备方法，可以采用下列方法之一：

①光学浮区法：按下列反应方程式称取各氧化物原料

3xEu₂O₃+3yBi₂O₃+3(1-x-y)Y₂O₃+5(1-z)Fe₂O₃+5zGa₂O₃＝2(Y_3(1-x-y)Eu_3xBi_3y)(Fe_5(1-z)Ga_5z)O₁₂，其中0.1＜x＜0.2，0.1＜y＜0.2，0.2＜z＜0.4。采用传统固相反应烧结工艺及等静压制备多晶料棒，把料棒及籽晶棒装入光学浮区炉中，卤素石英灯产生的红外光经过反射聚焦在料棒的底部，形成窄的熔区，与下部的籽晶相连，原料棒和籽晶杆反向旋转使熔体混合均匀，熔区一旦稳定以后，料棒和籽晶杆同时向下移动，熔体沿籽晶向上结晶、生长。当原料棒向下移动并全部通过聚焦中心，晶体生长结束。即用光学浮区法获得(Y_3(1-x-y)Eu_3xBi_3y)(Fe_5(1-z)Ga_5z)O₁₂单晶。

②顶部籽晶法：按下列反应方程式称取各氧化物原料