重金属磁光玻璃的光学性能测试与仿真

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重金属磁光玻璃是一种优良的电流传感材料,在外部磁场的作用下入射线偏光的偏振面会产生旋转,将其作为磁光电流互感器(MOCT)的核心模块,就可以利用该特性实现对电流的检测,在工业测量领域有着诸多优势,发展前景良好,因此有必要对磁光玻璃的传感机理和磁场、温度、热应力和流体冷却等对其性能的影响进行详细研究。本文首先对一种PB体系逆磁性磁光玻璃的制备工艺进行了探索,制得了多种规格和组分的玻璃样品,并借助FT-IR光谱、XRD图谱和拉曼光谱等测试手段,分析了该型玻璃的基本结构和光学性能参数,其具有Verdet常数值(简称V值)较大、制备简单、热力学性能优良等优点。之后利用实验室自主设计搭建的变温磁光测量平台,得到了详细的Verdet常数温度依赖性数据,针对前人对逆磁性磁光玻璃研究中的部分空白,我们对V值随温度上升而下降的现象进行了深入研究,拟合实验数据得到了经验公式,并从热膨胀和玻璃结构的角度给出了较好的解释,为研究更低温度系数和更大V值的逆磁性磁光玻璃提供了数据支持和评价依据。我们利用有限元分析法和COMSOL仿真软件,对磁光传感微元进行了仿真建模,实现了磁光热力等多物理场的耦合,研究了法拉第效应中入射光电场分量的变化情况,验证了数学模型的正确性。最后,本文定性分析了现实环境下温度对测量精确度的影响,仿真数据证明外部热源会造成磁光玻璃内部应力不均匀,不同主轴的折射率改变,玻璃表面产生形变位移,由此导致的相位差会使磁光旋转角减小,并根据不同流体速度条件下的仿真对照给出了在实际应用中减轻热应力双折射影响的建议。
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