Edge-Defined Film-Fed Growth of Incongruent-Melting Ce, Sc, Ca:EuIG Crystal with High Magneto-Optical Performance

材料科学 法拉第效应 居里温度 Crystal(编程语言) 光学 饱和(图论) 波长 超级交换 激光器 兴奋剂 光纤 晶体生长 铕 光电子学 大气温度范围 光隔离器 制作 晶体结构 粘结强度 折射率 掺杂剂 粘结长度 工作(物理) 温度梯度 分子几何学 四方晶系 光学透明度 不透明度 旋转(数学) 单晶
作者
Liu H,Dongxu Wang,Subinuer Maimaiti,Junying Wu,Qiongxuan Mao,Yujie Li,Xin Chen,Xiaolin Hu,Naifeng Zhuang
出处
期刊:Crystal Growth & Design [American Chemical Society]
卷期号:26 (9): 3772-3781
标识
DOI:10.1021/acs.cgd.6c00307
摘要

Magneto-optical crystals play a decisive role in the performance of optical isolators in fields such as optical fiber communication and laser sensing. However, conventional materials are often limited by inadequate temperature stability and high optical loss. To overcome these challenges, a novel Ce/Sc-codoped europium iron garnet crystal (Ce x Eu 3– x – z Ca z Sc y Fe 5– y O 12 ) was designed and successfully grown using an optimized edge-defined film-fed growth method. This work systematically elucidates the synergistic effect of codoping on the crystal structure and magneto-optical properties. Experiments show that Sc 3+ doping effectively reduces the strength of the superexchange interaction by changing the bond length (the Fe 2 3+ –O 2– bond shortens by 0.03 Å) and bond angle (the Fe 1 3+ –O 2– –Fe 2 3+ angle decreases by 2.8°) of the [FeO 6 ] octahedron, lowering the Curie temperature of the Ce 0.30 Eu 2.57 Ca 0.13 Sc 0.79 Fe 4.21 O 12 crystal to 95 °C. The introduction of Ce 3+ significantly increases the saturation specific Faraday rotation angle at a wavelength of 1550 nm to –637.9 deg cm –1 . This value is 3.5 times that of YIG and corresponds to 60% of the value for commercial Bi:RIG crystals. This work breaks through the limitations of traditional magneto-optical materials with high temperature sensitivity and insufficient optical performance, providing a material basis for the development of a new generation of optical isolators with a wide temperature range and low loss.
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