第三章磁功能玻璃31磁光玻璃PPT课件

Y2O3－B2O3－ TeO2系统玻璃具有很 高的透明性和很高的V值（5461Ả处 的V值可达0.50-0.10分/Oe·cm）
硫、硒、砷等非氧化物玻璃也是 较有前途的逆磁性旋光玻璃，但只 能用于红外光谱区域（如As2O3、AsSe）。
3.1.4 法拉第旋转玻璃的应用
1．调制激光 光调制器、光隔离器、光开关
3.1.2 顺磁性法拉第旋转玻璃
顺磁玻璃是将适当的高浓度的稀土离 子溶解在基础玻璃中而制得的。一般， 三价稀土氧化物玻璃属于顺磁玻璃，因 为它们的偏振面在磁场作用下产生顺磁 效应，即产生磁场的电流方向与偏振面 的旋转方向一致。
其中顺磁离子包括：铈Ce3+、镨Pr3+、 钕Nd3+、铽Tb3+、镝Dy3+、钬Ho3+、铒Er3+、 镱Yb3+、铕Eu2+等。
（含Tb3+的玻璃冷至20K时，V值约增加12倍）。
作为磁光玻璃，除了高的V值外，还 要有良好的光谱特性（光透过）。
含铈和铽的顺磁玻璃是非常引人注目 的。（含三价铈的磷酸盐玻璃，在波长 为640nm时，费尔德常数V值可达到0.16 分/Oe·cm；而含氧化铽的BaO-B2O3-SiO2 系统玻璃，费尔德常数V在630nm处达 0.44分/Oe·cm，因此，含氧化铽的玻璃 是最有前途的磁光玻璃。）
只有高V值的玻璃才有实际应用价值。
顺磁玻璃是含稀土离子的玻璃。
这类玻璃中的稀土离子都具 有不成对的4f电子，因而离子本 身具有永久的电子轨道磁矩，在 磁场作用下将顺磁场取向，V值 大。真正适合作磁光器件的还是 这一类玻璃。
与晶体相比，玻璃的V值虽然 小，但是玻璃材料具有一系列优 点，如透光性能好，光学均匀性 好，价廉，特别是容易制得大尺 寸制品。通过增加通光方向的尺 寸（L），使偏转角满足实用要 求，因此，可以与晶体相竞争。
第三章 磁功能玻璃
3.1 法拉第旋转玻璃（磁光玻璃） 3.1.1法拉第效应（磁光效应）
平行于磁场方向入射的直线偏振光， 在通过磁场中的透明物质时偏振面产生 旋转的现象，因最早由发现而得名。
产生磁光效应时，偏振面旋转的角度与磁场强度、 光路长度以及旋光物质的旋光性能有关，用数学式 表示为：
θ＝V·H·L
①盘片组 ②磁头组件 ③伺服机构 ④电讯号的传送与处理机构 ⑤盘壳
硬盘片是硬盘驱动器中存储 信息的核心部件,占硬盘制造成 本的20-30%，是一种高附加值的 产品，在市场上一直供不应求。
3.2.1 对磁盘基板的要求
影响硬盘的性能指标除了记录方式、 磁头结构和磁头材料外，很重要的一个 方面是盘片旋转速度以及盘片的记录密 度。随着信息的发展，对磁盘的存储量、 读写速度以及能源消耗、耐冲击等指标 提出了更高的要求。硬盘也相应地朝着 容量更大、速度更快、体积更小、安全 性更高的方向发展。
入射光
θ旋转角
原偏振方向 玻璃 通过玻璃后偏振方向
磁光效应原理示意图
逆磁玻璃即玻璃中的原子没有永久的 电子轨道磁矩。因此，在磁场作用下， 只能产生与磁场方向相反的极小的诱导 磁矩，普通的光学玻璃属于这一类。法 拉第1846年发现旋光效应时，就是用重 铅硼硅酸盐玻璃做实验。之后为寻找高 V值的玻璃，对含有各种金属离子的玻 璃进行仔细研究，但这类玻璃V值都比 较小。
3.1.3 逆磁性法拉第旋转玻璃
对于逆磁性法拉第旋转玻璃，费尔德 常数V值可用下式表示：
V = (νg/2mc2) ·(dn/dν)
式中，ν为振动数， n为折射率， g为朗特因子。
由上式可看出，色散越大，费尔德常 数也越大。因而含有大量Ga＋1、In＋1、 Tl＋1、Ge＋2、Sn＋2、Pb＋2、Bi＋3等离子 的玻璃，具有大的费尔德常数。
顺磁玻璃的的费尔德常数V如下式所示：
（4π）2 µ g ν2 V＝
3chKT
N P2 ▪
g
Cn ∑
ν2 – ν02
式中：h、K分别为普朗克和波兹曼常数； c为光速；
ν为入射光频率；ν 为顺磁离子固有频率； 0
µ 为玻尔磁子数； g
C 为跃迁几率； n
g为光谱项分裂值； N 为单位体积内顺磁离子数； P为与有效磁子数有关的物理量。
1、基板的作用与其材料选用要求 传统的磁盘基片是Al-Mg或Al-P金属基片。
多采用薄膜复合结构，如下图所示：
润滑膜 CoCr合金含碳衬层 Cr磁性膜 NiP膜 Al合金基板
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即在非常光滑的基板上溅射一 薄层磁性膜和一层为含碳材料的 保护性衬层。在衬层上面是一薄 层润滑膜，用于改善磁头与盘片 间的界面性能。
式中：θ――偏振面旋转角（分），
V――费尔德常数（分/奥斯特·厘米），
通常以V值来表示物质的磁光特性，相当于单位 长度的样品在单位磁场强度的作用下偏振面被旋转 的角度。V为正值的物质称为逆磁性物质，V为负值 的物质称为顺磁性物质。
H――磁场强度（奥斯特，Oe）， L――样品长度即光路长度（厘米，cm）
磁光玻璃希望有高的N、P、 Cn值，通常希望P2 /g值大。
由上式可看出，要制得V值大的的玻璃，必须满 足以下几点：
（1）N大，即单位体积内顺磁离子数要多，为了得 到稳定玻璃，稀土离子含量应为20～30％（mol）。
（2）Cn值大，色散也大，V值也较大；近紫外区固有 振动数色散大的Ce3+、Pr3+或P大的含Tb3+、Dy3+的玻 璃，V值也较大。 （3） V与波长有关。波长越短，ν也越小，因而V值 越大。 （4） V与温度有关。温度低，可以提高光偏转的角 度。
对于含PbO的硅酸盐、硼酸盐、磷酸 盐及锗酸盐玻璃，V值随PbO的浓度增加 而增大，以硅酸盐及锗酸盐玻璃更好。 (如PbO－B2O3、Bi2O3- B2O3、Tl2O- B2O3、
PbO－GeO2系统； PbO－TeO2、Sb2O3- TeO2系统； Al2O3- Cs2O- Rb2O－Sb2O3系统)。
2．测定磁场（或测定大电流）： 利用已知费尔德常数的法拉第玻璃，
根据偏振面的旋转角度，可以测定磁场 强度；反之，根据高压线周围产生的磁 场，也可以测定高压电流的大小。
3.2 计算机磁盘玻璃
硬盘是硬磁盘驱动器的简称，是目前计算 机中不可缺少的外存储设备之一，由于其盘片 与通常的聚脂薄膜类软盘相比，是刚性盘片、 且与驱动机构等封装在一起而得名。其主要构 件有：