Conception et réalisation de composants non-réciproques planaires à base de matériaux magnéto-optiques

Theoretical study and technological realization of non-reciprocal integrated devices based on the magneto-optical materials

• Auteur / Autrice : Liubov Magdenko
• Direction : Béatrice Dagens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferromagnétisme

Mots clés libres

Non-réciprocité

Isolateur

Circulateur

Big

FeCo

Optique guidée

Résumé

Les dispositifs non-réciproques tels que l'isolateur ou le circulateur optique sont des éléments clés de l'intégration photonique. Du fait de l'absence de ces fonctions en version intégrée, l'insertion de sources laser ou d'amplificateurs dans un circuit photonique nécessite de respecter des compromis entre puissance émise et éventuels retours optiques dus aux autres éléments (passifs ou actifs) présents sur le chemin optique. La disponibilité d'une structure d'isolateur fonctionnant en optique guidée devrait assouplir les contraintes de conception et permettre d'augmenter le degré d'intégration d'un circuit photonique. Le principe de fonctionnement de ces structures non-réciproques le mieux adapté à l'optique guidée est basé sur l'effet Magnéto-Optique Kerr (MOKE) transverse, généré par réflexion sur des matériaux oxydes magnétiques tels que les grenats, ou sur des métaux ferromagnétiques tels que le FeCo. L'avantage des grenats magnéto-optiques (MO) est leur transparence aux longueurs d'onde des télécoms. En revanche leur effet MO est de faible intensité et les composants basés sur ces matériaux sont actuellement de plusieurs millimètres de long. Pour cette raison nous nous sommes intéressés à une structure de cavité en anneaux, résonnante et compacte en grenat de Bismuth et Fer (BIG). En parallèle l'isolateur à base d'un guide d'onde en multicouche semiconductrice et le réseau en FeCo a été étudiée. Nous avons considéré simultanément les aspects de conception et de fabrication de ces composants afin d'obtenir le meilleur compromis entre performance et technologie. Dans ce travail nous présentons une première conception et réalisation du circulateur en anneaux et de l'isolateur en guide avec le réseau ferromagnétique.

Non-reciprocal functions like optical isolation or circulation are expected to significantly increase the integratio capabilities and the number of integrated elements in photonic circuits. For example, the use of such functions in optical circuits allows inserting emitting sources like laser or amplifiers without risk of performance degradation due to internai feedback. For integrated optic, the most promising isolator or circulator principle consists in using transverse magneto-optical Kerr effect (MOKE), in garnet based devices or in ferromagnetic metal based semiconductor amplifier. Garnet based waveguide presents the advantage of low optical losses at telecom wavelength. But the relatively low magneto-optical strength has led to large devices like a several millimetres long interferometer. Here we have focused our work on resonant circulator in order to obtain non-reciprocal behaviour in a compact cavity and in parallel we have studied the semiconductor waveguide with FeCo Bragg grating. We have simultaneously considered device design and fabrication in order to establish the best compromise between performance and technology.