FR2981761A1 - Element magneto-plasmonique a non-reciprocite modifiee, exaltee ou inversee, composant integrant de tels elements, et procede de fabrication. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un élément magnéto-plasmonique utilisant une combinaison de couches incluant un guide optique et une couche magnéto-optique pour produire un effet non-réciproque sous l'effet d'un champ magnétique transverse, comprenant une couche réseau structurée produisant une non-réciprocité modifiée. La géométrie de cette couche réseau peut être choisie pour obtenir une valeur de non-réciprocité choisie voire exaltée en indice et/ou en absorption, et aussi pour obtenir une non-réciprocité en absorption inversée par rapport à un élément comprenant la même configuration de couche sans structuration. L'invention concerne en outre un composant comprenant plusieurs éléments magnéto-plasmoniques à non-réciprocité ainsi modifiée, agencés sur un même composant intégré et soumis à un même champ magnétique, et par exemple un isolateur optique à résonance en anneau ou un circulateur optique. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel élément ou composant, ainsi qu'un procédé de traitement de signal utilisant un tel élément ou composant.

Description

- 1 - « Elément magnéto-plasmonique à non-réciprocité modifiée, exaltée ou inversée, composant intégrant de tels éléments, et procédé de fabrication » La présente invention concerne un élément magnéto-plasmonique utilisant une combinaison de couches incluant un guide optique et une couche magnéto-optique pour produire un effet non-réciproque sous l'effet d'un champ magnétique transverse, comprenant une couche réseau structurée produisant une non-réciprocité modifiée. La géométrie de cette couche réseau peut être choisie pour obtenir une valeur de non-réciprocité choisie voire exaltée en indice et/ou en absorption, et aussi pour obtenir une non-réciprocité en absorption inversée par rapport à un élément comprenant la même configuration de couche sans structuration. L'invention concerne en outre un composant comprenant plusieurs éléments magnéto-plasmoniques à non-réciprocité ainsi modifiée, agencés sur un même composant intégré et soumis à un même champ magnétique, et par exemple un isolateur optique à résonance en anneau ou un circulateur optique. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un tel élément ou composant, ainsi qu'un procédé de traitement de signal utilisant un tel 20 élément ou composant. Etat de la technique L'invention concerne le domaine des composants électro-optiques ou optroniques ou optiques, en particulier intégrés, et des dispositifs ou 25 systèmes qui les utilisent, par exemple dans le domaine du traitement ou de la transmission de signaux, ou du développement de circuits photoniques comme des circuits de calcul logique ou de stockage logique. On connait des structures magnéto-plasmoniques dites non réciproques, utilisées pour guider un signal lumineux dans une direction 30 donnée, dite de propagation, par exemple dans un guide planaire ou un guide linéaire. Lors de sa propagation dans ce guide optique, le signal est soumis aux caractéristiques optiques effectives du milieu global constitué par ce guide optique et la structure à laquelle il appartient. Ces caractéristiques influent sur ce signal : l'indice de réfraction du milieu global - 2 - induit une modification de phase du signal, et le coefficient d'absorption provoque une baisse de la puissance du signal. Lorsqu'elles sont soumises à une aimantation transverse perpendiculaire à la direction de propagation, une structure magnéto- plasmonique non réciproque présente une modification de ses caractéristiques optiques, qui est différente selon le sens de propagation du signal qui la traverse. Ces structures magnéto-plasmoniques non réciproques sont formées par une combinaison de plusieurs couches superposées ou imbriquées, qui comprennent d'une part une couche guide d'onde, dont la fonction est de guider le signal lumineux, et d'autre part une couche magnéto-optique qui modifie les caractéristiques optiques effectives au sein de la couche guide d'onde sous l'effet d'un champ magnétique transversal à la direction de propagation, par l'effet Kerr magnéto-optique transverse (TMOKE en anglais). La couche magnéto-optique peut être par exemple en oxyde de grenat avec une couche métallique ou en fer-cobalt, et le guide d'onde dans différents matériaux connus, par exemple à base de silicium, grenat, matériau III-V ou silice. Cet effet peut être utilisé pour réaliser différents types de dispositifs optroniques à comportement non réciproque. Il peut s'agir par exemple d'isolateurs optiques qui utilisent la non réciprocité en absorption pour laisser passer un signal dans un sens mais le bloquer dans l'autre sens ou l'amoindrir de façon conséquente ; comme décrit dans la publication de Van Pays et al. « Transverse magnetic mode nonreciprocal propagation in an amplifying AlGaInAs/InP optical wave guide isolator », Applied Physics Letters 88, 071115 (2006). Il peut s'agir aussi de dispositifs de circulateurs comprenant plus de deux ports optiques reliés optiquement entre eux en permanence, dans lesquels la circulation d'un signal entre deux ports donnés ne se fait que dans un seul sens, qui utilisent la non réciprocité en indice pour produire des décalages de phase non réciproques ; comme décrit dans la publication de Takei et Mizumoto : « Design and Simulation of Silicon Waveguide Optical Circulator employing Non Reciprocal Phase Shift », Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 052203. - 3 - Cependant, il est difficile et/ou complexe donc coûteux de réaliser de tels dispositifs qui soient vraiment compacts et encore plus qui soient intégrés sur un même composant, et par exemple d'y intégrer de façon efficiente des sources lasers et leurs circuits de distribution.

En effet, les performances de telles structures sont souvent trop faibles pour apporter des résultats satisfaisants, et il est difficile d'appliquer un champ magnétique qui soit limité à des régions très petites par rapport aux dimensions d'un composant à circuit intégré, ou « puce ». Il est encore plus difficile d'appliquer des champs magnétiques différents à des régions très proches l'une de l'autre, avec des distances comme celles qui sont utilisées au sein d'un même composant à circuit intégré. Il est connu que les performances et le signe de la non réciprocité d'absorption dépendent de la nature et de la géométrie des différentes couches de la structure magnéto-plasmonique. Cependant, le fait de réaliser plusieurs structures de natures et/ou de géométries différentes au sein d'un même composant intégré engendre des complexités dans le processus de fabrication qui peuvent rendre l'ensemble irréalisable ou très coûteux. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier : - de fournir des structures à non-réciprocité optique, en particulier en absorption et/ou en indice, de performances améliorées ou pouvant être ajustées plus précisément et plus souplement, et ainsi de réaliser des composants plus économiques, plus performants et/ou plus compacts ; - de fournir des composants incluant de façon intégrée plusieurs structures à non-réciprocité optique, en particulier en absorption et/ou en indice, (par exemple pour intégrer des fonctions multiples et différentes dans un même composant) ; - de fournir des dispositifs optiques à comportement non réciproque présentant une meilleure compacité, et/ou selon une architecture intégrée, et/ou de meilleures performances de traitement de signal (par exemple en matière de puissance ou de sélectivité) ; - de fournir de tels composants ou dispositifs plus simples, plus souples et moins coûteux à fabriquer ou à mettre en oeuvre. -4 Exposé de l'invention De manière inattendue, les inventeurs ont constaté que les performances d'une structure magnéto-plasmonique peuvent varier lorsque qu'on y réalise une structuration à base de trous d'air ou d'un autre matériau, par exemple un réseau de pleins et de vides transversaux à la direction de propagation du signal, ainsi qu'il est décrit plus en détail en référence aux figures. Cette structuration peut être réalisée de plusieurs façons, par exemple selon les matériaux employés et/ou le process de fabrication. Dans le cas d'une couche magnéto-optique de type ferromagnétique comme du FeCo, ce réseau peut être créé en structurant cette couche magnéto-optique elle-même. La structuration affecte alors le comportement des plasmons au sein de la couche magnéto-optique. Dans le cas d'une couche magnéto-optique de type non ferromagnétique, comme par exemple de l'oxyde de grenat, ce réseau peut être créé sous la forme d'une couche métallique structurée supplémentaire structurée en un réseau superposé sur la couche magnéto-optique. Elément non réciproque modifié par structuration Ainsi, l'invention propose un élément magnéto-plasmonique à non réciprocité du type comprenant une configuration de couches, dite configuration à non réciprocité, incluant une ou plusieurs couches de nature et successions (et optionnellement d'épaisseur) déterminées qui sont superposées et/ou imbriquées pour réaliser au moins un guide optique linéaire et une couche à effet magnéto optique. Dans cet élément, cette configuration de couches est agencée pour produire par effet magnétoplasmonique dans ledit guide optique, sous l'effet d'un champ magnétique transversal audit guide optique dans un sens déterminé, une absorption et/ou un indice variant en fonction du sens de propagation des signaux lumineux dans ledit guide optique ; définissant ainsi dans ledit guide optique, de façon vectorielle par rapport audit champ magnétique, un sens de propagation optique de plus faible absorption et/ou de plus faible indice dit sens passant et un sens de propagation optique de plus forte absorption et/ou de plus fort indice dit sens bloquant. - 5 - Selon l'invention, cet élément non réciproque présente en outre les caractéristiques suivantes : - d'une part ledit élément comprend au moins une couche métallique dite réseau qui est structurée en un réseau alternativement de pleins et de vides disposés transversalement au guide optique, et qui est confondue avec ladite couche magnéto-optique ou qui est superposée à elle, directement ou non (par exemple du côté opposé au guide optique, mais pas systématiquement) ; et - d'autre part la géométrie dudit réseau présente des valeurs choisies de façon à ce qu'il présente une non-réciprocité différente, en absorption et/ou en indice, de celle qui serait obtenue avec une couche magnéto-optique continue et sans réseau et avec le même champ magnétique et la même configuration de couches à non-réciprocité. L'invention permet ainsi de réaliser un élément magnéto-plasmonique dit à non-réciprocité modifiée par structuration. Les valeurs de géométrie à utiliser pour la « couche réseau » peuvent dépendre de la nature et de la géométrie globale des couches composant la configuration à non-réciprocité, c'est-à-dire en particulier les dimensions extérieures et le positionnement du guide et de la couche magnéto-optique l'un par rapport à l'autre. Pour une configuration de couches donnée, une exploration expérimentale systématique des valeurs de non-réciprocité obtenues, dans l'espace des valeurs de géométrie du réseau permet d'établir une cartographie des performances, telle que celle détaillée plus loin en référence aux figures. Cette cartographie peut être faite en particulier en fonction des dimensions des pleins et des vides du réseau, et de son écart avec la couche magnéto-optique. En fonction des performances désirées, il est alors possible de choisir les valeurs à appliquer à la structuration de ce réseau, et ainsi faire varier les performances de la structure sans en modifier la configuration de couches. Il est à noter que cette notion de « configuration de couches » s'entend ici comme étant définie par le choix de la nature et de la - 6 - succession des différentes couches formant la structure magnétoplasmonique. Cette configuration de couche comprend ainsi au moins la couche de guide optique, planaire ou linéaire, et une ou plusieurs couches magnéto-optiques, par exemple ferromagnétique mais non obligatoirement.

Ainsi une configuration de couches déterminée peut être définie par exemple comme étant constituée d'une couche de silice sur laquelle repose une couche magnéto-optique non ferromagnétique, par exemple un oxyde de grenat. Une autre configuration de couches peut être définie par exemple comme étant constituée d'une couche de matériau III-V (GaInAsP, GaInAlAs) sur laquelle repose successivement une couche d'espacement en InP et une couche magnéto-optique de type ferromagnétique, par exemple un alliage de fer-cobalt. Optionnellement, les valeurs d'épaisseur des différentes couches peuvent être considérées comme définies elles aussi par la « configuration de couches » déterminée. Par exemple, dans certaines régions de la cartographie obtenue, on constate que les valeurs de la non-réciprocité, en absorption (ta) et/ou en indice (Ap), sont plus élevées pour certaines valeurs de géométrie du réseau que dans une structure sans réseau. L'invention propose alors d'utiliser ces valeurs produisant une non-réciprocité « exaltée », en réalisant un élément tel qu'exposé ci-dessus dans lequel la géométrie dudit réseau présente des valeurs choisies de façon à ce que la non-réciprocité obtenue en absorption et/ou en indice présente une valeur supérieure (en valeur absolue) à celle qui serait obtenue avec une couche magnéto-optique continue et sans réseau et avec le même champ magnétique et la même configuration de couches à non-réciprocité. L'invention permet ainsi de réaliser un élément magnéto-optique présentant pour sa non-réciprocité une modification sous la forme d'une exaltation. En outre, dans certaines régions de la cartographie obtenue, on constate que les valeurs de la non-réciprocité d'absorption (ta) présentent, - 7 - pour certaines valeurs de géométrie du réseau, un signe différent de celui obtenu dans une structure sans réseau, c'est-à-dire que les sens passant (c.-à-d. de moindre absorption) et bloquant (c.-à-d. de plus forte absorption) d'une telle structure sont inversés par rapport à ceux d'une structure de type « continu » avec la même configuration de couches et le même champ magnétique. L'invention propose alors d'utiliser ces valeurs produisant une non- réciprocité « inversée », en réalisant un élément tel qu'exposé ci-dessus dans lequel la géométrie du réseau présente des valeurs choisies de façon à ce que le sens passant en absorption dudit élément avec ledit réseau, dit sens passant « inversé », soit opposé au sens passant en absorption dit « continu », qui serait obtenu avec une couche magnéto-optique continue et sans réseau et avec le même champ magnétique et la même configuration de couches à non-réciprocité.

L'invention permet ainsi de réaliser un élément magnéto-optique présentant, pour sa non-réciprocité en absorption, une modification sous la forme d'une inversion. Plus particulièrement, l'invention propose un tel élément inversé sous la forme d'un élément magnéto-plasmonique à absorption non réciproque comprenant une configuration de couches, dite configuration à non réciprocité, incluant une ou plusieurs couches de nature et dispositions déterminées qui sont superposées et/ou imbriquées pour réaliser au moins un guide optique linéaire et une couche à effet magnéto optique. Dans ledit élément, ladite configuration de couches est agencée pour produire par effet magnéto-plasmonique dans ledit guide optique, sous l'effet d'un champ magnétique transversal audit guide optique dans un sens déterminé, une absorption variant en fonction du sens de propagation des signaux lumineux dans ledit guide optique ; définissant ainsi dans ledit guide optique, de façon vectorielle par rapport audit champ magnétique, un sens de propagation optique de plus faible absorption dit sens passant et un sens de propagation optique de plus forte absorption dit sens bloquant. Selon l'invention : - d'une part ledit élément comprend au moins une couche dite réseau qui est structurée en un réseau alternativement de pleins et de vides - 8 - disposés transversalement au guide optique, et qui est confondue avec ladite couche magnéto-optique ou qui est superposée à elle; et - d'autre part la géométrie dudit réseau présente des valeurs choisies de façon à ce que le sens passant dudit élément avec ledit réseau, dit sens passant « inversé », soit opposé au sens passant dit « continu », qui serait obtenu avec une couche magnéto-optique continue et sans réseau et avec le même champ magnétique et la même configuration de couches à non-réciprocité.

Dans un premier mode de réalisation d'un tel élément selon l'invention, la couche magnéto-optique est en un matériau ferromagnétique et est structurée pour réaliser la couche réseau, par exemple par dépôt sélectif, par lift-off ou par gravure. Par exemple, la couche ferromagnétique comprend différents métaux ferromagnétiques ou leurs alliages, et par exemple du Fer et/ou du Cobalt et/ou du Nickel. De préférence, elle comprend du FeCo ou est constituée entièrement de FeCo, par exemple un alliage à 50/50, qui est bien maîtrisé technologiquement et présente une bonne constante de gyrotropie.

Dans un deuxième mode de réalisation d'un tel élément selon l'invention, la couche magnéto-optique est en un matériau non ferromagnétique, notamment de l'oxyde de grenat, et la couche réseau est réalisée en un réseau d'un matériau métallique, notamment de l'or ou du cuivre ou de l'argent, superposé directement à ladite couche magnéto- optique, par exemple par dépôt sélectif ou gravure. Par exemple, la couche magnéto-optique comprend tout matériau magnéto-optique non ferromagnétique présentant une constante de gyrotropie non nulle. La couche réseau est réalisée par exemple en un matériau comprenant de l'or, de l'argent, du cuivre ou une combinaison de ces matériaux. De préférence, la couche magnéto-optique comprend ou est entièrement réalisée en un oxyde de grenat, par exemple de type YIG substitué Bismuth ou Cérium, dont les constantes de gyrotropie sont particulièrement élevées dans la gamme de longueur d'onde du proche - 9 - infrarouge (1,3pm-1,55pm) qui est très utilisée dans les applications envisagées. On utilisera par exemple des oxydes selon les formules suivantes : Ce:YIG selon la formule : CexY(3-x)Fe5012 S Bi:YIG selon la formule : BixY(3-x)Fe5012 Dans les différents modes de réalisations, le guide d'onde peut être réalisé par exemple en un diélectrique, par exemple de la silice ou du nitrure de silicium, ou un semi-conducteur, par exemple du silicium ou un 10 matériau III-V. Composant intégrant plusieurs éléments non réciproques Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé en outre un composant optique comprenant au moins un premier élément magnéto- 15 plasmonique non réciproque basé sur une configuration de couches déterminée et produisant une première non-réciprocité sous l'effet d'un champ magnétique déterminé ; et comprenant en outre au moins un deuxième élément magnéto-plasmonique non réciproque tel qu'exposé ici. Ce deuxième élément magnéto-plasmonique comprend la même 20 configuration de couches, en nature et ordonnancement, et optionnellement en épaisseurs. Grâce à une structuration telle qu'il est exposé plus haut, il est agencé pour produire, sous un champ magnétique de même direction et de même sens, une deuxième non-réciprocité différente de ladite première non-réciprocité. 25 Selon l'invention, ce premier et ce deuxième éléments magnéto- plasmoniques non réciproques sont agencés pour coopérer en parallèle et/ou en série pour traiter au moins un signal lumineux circulant au sein d'un même circuit optique. Selon une particularité, le premier élément non réciproque peut en 30 outre être agencé (avec ou sans couche réseau) pour présenter une non réciprocité en absorption dans le sens « continu », alors que le deuxième élément magnéto-plasmonique non réciproque est agencé pour présenter une non réciprocité en absorption dans le sens « inversé >>. - 10 - En réalisant des réseaux différents dans des régions différentes d'un même composant intégré, on comprend qu'il est ainsi possible d'obtenir des performances différentes dans ces différentes régions avec une même configuration de couches et un même champ magnétique.

Exemples de composants Selon une particularité, l'invention propose un tel composant dans lequel le premier élément magnéto-plasmonique à absorption non réciproque et le deuxième élément magnéto-plasmonique à absorption non réciproque sont disposés en série dans deux portions d'un même guide d'onde optique, de façon à ce qu'un signal optique parcourant ledit guide d'onde soit reçu par lesdits éléments optiques à absorption non réciproque selon un même sens relatif, c'est-à-dire soit passant pour les deux soit bloquant pour les deux. Par exemple, ces deux éléments sont disposés avec leurs sens passants orientés de façon inversée par rapport à un champ magnétique de direction et de sens uniforme baignant les deux éléments, c'est-à-dire que l'un reçoit le champ magnétique par la gauche de son sens passant, alors que l'autre le reçoit par la droite de son sens passant. Leurs effets respectifs sur un signal traversant ledit guide optique se cumulent alors pour réaliser une fonction d'isolateur optique, qui peut ainsi être mise en oeuvre dans un même circuit intégré et dans un encombrement très réduit, puisque les éléments « continus » et « inversés » peuvent utiliser le même champ magnétique. Par exemple, cet isolateur optique peut comprendre dans son guide d'onde une partie en anneau dans laquelle les premier et deuxième éléments magnéto-optiques à absorption non réciproque sont insérés selon des orientations inversées entre elles vis-à-vis d'un champ magnétique de direction et de sens uniforme.

Selon une autre particularité, l'invention propose un tel composant dans lequel les premier et deuxième éléments non réciproques présentent deux valeurs différentes de non-réciprocité en indice et sont agencés en parallèle sur deux branches qui coopèrent par couplage ou interférométrie - 11 - au sein d'un même circuit optique, de façon à produire deux modifications de phases différentes au sein des signaux parcourant ces deux branches. En réalisant des réseaux différents dans des régions différentes d'un même composant intégré, on comprend qu'il est ainsi possible d'obtenir des performances différentes dans ces différentes régions avec une même configuration de couches et un même champ magnétique. Leurs effets respectifs sur un signal traversant ledit guide optique se combinent pour réaliser ainsi une circulation non réciproque au sein d'au moins un trajet dudit circuit optique, qui peut ainsi être mise en oeuvre dans un même circuit intégré et dans un encombrement très réduit, puisque les éléments « continus » et « inversés » peuvent utiliser le même champ magnétique. Par exemple, ce composant peut présenter un agencement dans lequel les premier et deuxième éléments non réciproques sont agencés au sein d'au moins deux branches coopérant entre elles à leurs extrémités par couplage ou interférométrie pour desservir au moins trois ports optiques. Dans un tel composant, lesdits premier et deuxième éléments non réciproques sont déterminés sélectivement par sélection de leurs paramètres, par exemple par leur géométrie de couche réseau et/ou leurs épaisseurs de couches, pour présenter des non-réciprocités en indice différentes, produisant au sein desdites branches des modifications de phase non réciproques différentes de façon à ce que : - d'une part des composantes issues d'un premier signal entrant par un premier port et parcourant lesdites branches interfèrent entre elles de façon à sortir par un deuxième port avec une intensité plus importante que par un troisième port, et - d'autre part des composantes issues d'un deuxième signal entrant par ledit deuxième port et parcourant lesdites branches interfèrent entre elles de façon à sortir par ledit troisième port avec une intensité plus importante que par ledit premier port (et aussi plus importante que par le port suivant, dans le cas d'un circulateur à plus de trois ports, c'est-à-dire le quatrième port pour un circulateur à quatre ports). - 12 - Procédé de réalisation Dans le même esprit, l'invention propose aussi un procédé de réalisation d'un tel élément magnéto-plasmonique à absorption non réciproque, comprenant des étapes de réalisation incluant des processus, par exemple connus de l'homme du métier, qui sont agencés pour réaliser un élément magnéto-plasmonique non réciproque tel qu'exposé ci-dessus. Selon une particularité, l'invention propose un tel procédé comprenant au moins une réalisation d'une couche réseau d'une géométrie choisie pour produire une non réciprocité en absorption d'une valeur et/ou d'un sens déterminé. Selon une autre particularité, l'invention propose un tel procédé comprenant au moins une réalisation d'une couche réseau d'une géométrie choisie pour produire une non réciprocité en indice d'une valeur déterminée.

Selon un autre aspect, l'invention comprend en outre un tel procédé qui comprend en outre des étapes agencées pour réaliser un composant optique tel qu'exposé ci-dessus. Ainsi, selon une particularité, un tel procédé comprend une réalisation simultanée d'une première couche réseau sur le premier élément magnétoplasmonique et d'une deuxième couche réseau sur le deuxième élément magnéto-plasmonique, lesdites première et deuxième couches réseaux réalisées dans des géométries choisies pour fournir une première et respectivement une deuxième non-réciprocité en absorption de deux valeurs différentes et/ou de deux sens différents. Selon une autre particularité, ce procédé comprend une réalisation simultanée d'une première couche réseau sur le premier élément magnétoplasmonique et d'une deuxième couche réseau sur le deuxième élément magnéto-plasmonique, lesdites première et deuxième couches réseaux réalisées dans des géométries choisies pour fournir une première et respectivement une deuxième non-réciprocité en indice de deux valeurs différentes. - 13 - II est à noter que les plages de variation de la géométrie de couche réseau, et optionnellement des épaisseurs de couche, peuvent permettre dans nombre de cas de choisir des points de fonctionnements fournissant des valeurs spécifiquement intéressantes de non-réciprocités à la fois en absorption et en indice. Il est ainsi possible de combiner des effets de non- réciprocité en indice et en absorption au sein d'un ou plusieurs éléments ou composants non réciproques donnés, par exemple parmi ceux exposés ci-dessus.

Dans le même esprit, l'invention propose en outre un procédé de traitement non réciproque d'un signal optique, comprenant un traitement dudit signal optique par un composant tel qu'exposé ci-dessus pour produire sur ledit signal optique au moins un effet non réciproque dans un sens déterminé. Selon l'invention, ce procédé comprend en outre une inversion du sens dudit effet obtenu par une inversion d'un champ magnétique appliqué conjointement et simultanément sur au moins deux éléments magnéto-plasmoniques à absorption et/ou variation d'indice non réciproque présentant des non-réciprocités de valeurs et/ou de sens différents.

Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : les FIGURE 1, FIGURE la et FIGURE lb sont des schémas non à l'échelle, en vue de dessus et en coupe selon la direction de propagation, illustrant deux exemples d'éléments à non réciprocité réalisés selon l'art antérieur avec une couche magnéto-optique continue : o pour la FIGURE la : en FeCo, et o pour la FIGURE lb : ou en oxyde de grenat ; les FIGURE 2 et FIGURE 3 sont des schémas non à l'échelle, chacun en vue de dessus et en coupe selon la direction de propagation, - 14 - illustrant deux exemples d'éléments à non réciprocité modifiée par couche réseau structurée selon l'invention, dans un premier mode de réalisation avec structuration d'une couche ferromagnétique, respectivement ; o pour la FIGURE 2 : avec une première configuration de réseau fournissant une non réciprocité avec valeurs modifiées, et o pour la FIGURE 3 : avec une deuxième configuration de réseau fournissant une non réciprocité avec sens inversé en absorption ; les FIGURE 4 et FIGURE 5 sont des visualisations graphiques de résultats de simulation représentant la variation de la non réciprocité en absorption obtenue pour un élément tel qu'illustré aux FIGURE 2 et FIGURE 3, en fonction de la largeur et de la profondeur des fentes, o pour la FIGURE 4 : avec un réseau à la résonance de Bragg, et o pour la FIGURE 5 : avec un réseau décalé par rapport à la résonance de Bragg ; la FIGURE 6 est une visualisation graphique de résultats de simulation représentant la variation de la non réciprocité en absorption, obtenue pour un élément tel qu'illustré aux FIGURE 2 et FIGURE 3, avec un réseau à la résonance de Bragg, en fonction de l'épaisseur de la couche d'espacement et de la profondeur des fentes ; la FIGURE 7 est un schéma non à l'échelle en coupe selon la direction de propagation illustrant plus en détail la structure d'un exemple d'élément à non réciprocité modifiée par couche réseau structurée, dans le premier mode de réalisation de l'invention ; les FIGURE 8 et FIGURE 9 sont des schémas non à l'échelle, chacun en vue de dessus et en coupe selon la direction de propagation, illustrant deux exemples d'éléments à non réciprocité modifiée par couche réseau structurée selon l'invention, dans un deuxième mode de réalisation avec une couche réseau structurée en métal non ferromagnétique sur une couche magnéto-optique en oxyde de grenat, respectivement ; o pour la FIGURE 8 : avec une première configuration de réseau fournissant une non réciprocité avec valeurs modifiées, et - 15 - o pour la FIGURE 9 : avec une deuxième configuration de réseau fournissant une non réciprocité avec sens inversé en absorption ; les FIGURE 10 et FIGURE 11 sont des schémas non à l'échelle illustrant deux états de fonctionnement d'un exemple de composant selon l'invention réalisant un isolateur optique par résonance en anneau à sens passant configurable par inversion d'un champ magnétique global, et comprenant o d'une part un élément à non réciprocité en absorption, réalisé avec une couche magnéto-optique continue et o d'autre part un d'élément à non réciprocité en absorption inversée par couche réseau structurée selon la deuxième configuration, tel que celui de la FIGURE 3 ou FIGURE 9 ; la FIGURE 12 est un schéma non à l'échelle d'un exemple de composant selon l'invention réalisant un isolateur optique par résonance en anneau à sens passant configurable par inversion d'un champ magnétique global, et comprenant o d'autre part un élément à non réciprocité en absorption modifiée par couche réseau structurée selon la première configuration, tel que celui de la FIGURE 2 ou FIGURE 8, et o d'une part un élément à non réciprocité en absorption inversée par couche réseau structurée selon la deuxième configuration tel que celui de la FIGURE 3 ou FIGURE 9 ; la FIGURE 13 est une visualisation graphique de résultats de simulation représentant la variation de la non réciprocité en indice, obtenue pour un élément tel qu'illustré à la FIGURE 7, avec un réseau à la résonance de Bragg, en fonction de l'épaisseur de la couche d'espacement et de la profondeur des fentes ; les FIGURE 14 et FIGURE 15 sont des schémas non à l'échelle illustrant deux états de fonctionnement d'un exemple de composant selon l'invention réalisant un circulateur optique à quatre ports à champ magnétique unique et uniforme (et à sens de circulation configurable par inversion du champ magnétique), et comprenant deux éléments à non réciprocité en indice modifiée par couche réseau - 16 - structurée selon deux configurations différentes agencées pour présenter des valeurs respectives de non réciprocité différant entre elles d'un écart de n/2 (vrai aussi pour le trois ports) ; la FIGURE 16 est un schéma non à l'échelle illustrant un autre exemple de dispositif selon l'invention réalisant un circulateur optique à trois ports à champ magnétique unique et uniforme (et à sens de circulation configurable par inversion du champ magnétique), et comprenant deux éléments à non réciprocité en indice modifiée par couche réseau structurée selon deux configurations différentes agencées pour présenter des valeurs respectives de non réciprocité différant entre elles d'un écart de n/2. Ainsi qu'illustré en FIGURE 1, un exemple d'élément 1 à non réciprocité selon l'art antérieur comprend une couche magnéto-optique continue en un matériau à effet magnéto-optique. Cette couche magnéto- optique est superposée sur une couche de guide optique, formant ainsi une configuration de couches déterminée C2 ou C3, au dessus d'un substrat 19. Lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique transversal M, cette configuration de couches produit une non-réciprocité en absorption résultant en un sens passant dit « continu » SPC, et un sens bloquant (ou réduit) dit « continu » SBC. Eléments magnéto-plasmoniques unitaires selon l'invention Les FIGURE 2 et FIGURE 3 représentent deux exemples 2 et 2' d'éléments à non réciprocité modifiée par couche réseau structurée selon l'invention, dans un premier mode de réalisation avec structuration d'une couche magnéto-optique de type ferromagnétique. A titre de comparaison, l'élément 1 à couche magnéto-optique continue selon l'art antérieur (illustré en FIGURE 1 et FIGURE la) est ici considéré avec une configuration de couches C2 comprenant une couche continue 22C en un matériau ferromagnétique, par exemple un alliage de fer-cobalt (FeCo), au dessus d'une couche d'espacement 21, par exemple en InP, elle-même au dessus d'une couche de guide optique 20, par exemple en matériau III-V. - 17 - Par rapport à cet art antérieur, les exemples 2 et 2' comprennent la même configuration de couches C2, possiblement avec les mêmes épaisseurs et dimensions transversales. En FIGURE 2, la couche magnéto-optique ferromagnétique 22 diffère de celle 22C de la FIGURE la car elle est structurée en une première configuration de réseau de fentes transversales, qui présentent une largeur L22 et d'une profondeur E22. Cette profondeur E22 peut correspondre par exemple à l'épaisseur de la couche magnéto-optique 22 lorsque les fentes la traversent sur toute son épaisseur.

En FIGURE 3 la couche magnéto-optique ferromagnétique 22' diffère de celle 22C de la FIGURE la car elle est structurée en une deuxième configuration de réseau de fentes transversales (différente de la première configuration de réseau), qui présentent une largeur L22' et d'une profondeur E22.

La FIGURE 7 représente plus en détail un exemple de structure d'un élément à non réciprocité par couche réseau structurée, dans le premier mode de réalisation : couche 22 d'alliage Fer-Cobalt d'épaisseur E22 et structurée avec des fentes de largeur L22, couche 21 d'espacement, couche 201 de confinement sur une couche 20 de guide optique (lequel peut inclure la couche de confinement), et substrat 19. Effets sur la non-réciprocité en absorption Les FIGURE 4 et FIGURE 5 représentent la variation de la non- réciprocité en absorption obtenue en fonction de la largeur et de la profondeur des fentes, respectivement avec un réseau dont la période correspond à la résonance de Bragg ou en est décalé, et pour un élément structuré tel qu'illustré aux FIGURE 2, FIGURE 3 ou FIGURE 7. Dans ces deux figures, les variations de couleurs (à l'origine) représentent les variations de la valeur Aa de la non-réciprocité en absorption, c'est-à-dire la différence entre l'absorption dans un sens de propagation et l'absorption observée dans le sens opposé. Mathématiquement, cette non-réciprocité en absorption Aa est la différence des parties imaginaires de la grandeur complexe qui représente - 18 - la non-réciprocité globale « k », dans une direction « x », entre deux sens opposés « g » et « -g », soit : Aa = 0 3[k]=2(.3kx(g)-3kx(-g)) Sur les FIGURE 4 et FIGURE 5, on voit que la valeur de cette non- réciprocité Ac] est modifiée par la structuration et en fonction de la géométrie de cette structuration. En outre, on voit que cette non-réciprocité en absorption Ac] varie en intensité (variations de teinte) mais aussi en signe. Elle change de signe en traversant une frontière KZ, ce qui signifie que les sens passants et bloquants s'inversent l'un par rapport à l'autre. La partie de l'espace du graphique située à gauche de la frontière KZ représente alors l'espace dans lequel la non-réciprocité en absorption d'une configuration de couches C2 donnée est modifiée par la structuration, mais garde le même signe (ici positif) qu'avec une couche continue, et donc le même sens passant que l'on appellera ici sens « continu ». Par contre, la non-réciprocité d'absorption change de signe (ici négatif) dans la partie du graphique située à droite de la frontière KZ, ce qui donne un sens passant ici appelé « inversé », qui est opposé au sens passant produit par la configuration avec couche magnéto-optique continue. Par exemple en FIGURE 4, si l'on considère que l'élément 1 de la FIGURE 1 présentait une épaisseur de couche FeCo valant 80nm, sa valeur de non-réciprocité est représentée par le point large figurant sur la droite des ordonnées (pour une valeur non calculée lors de l'établissement de ce graphique). Ainsi, si l'on représente par une droite pointillée horizontale V80 les modifications de la non-réciprocité en absorption provoquée par la présence du réseau, la première configuration L22 de l'élément 2 de la FIGURE 2 donne une non-réciprocité en absorption modifiée mais de sens continu, qui peut être représentée par le carré sur la droite V80 à gauche de la frontière KZ, et présente ainsi un sens passant de type « continu » SPC, car dans le même sens qu'un élément 1 qui présenterait la même configuration de couches C2 avec une couche magnéto-optique 22C continue. La deuxième configuration L22' de l'élément 2' de la FIGURE 3 donne une non-réciprocité en absorption modifiée mais aussi inversée, qui peut être représentée par le triangle sur la droite V80 à droite de la frontière KZ, et présente ainsi un sens passant de type « inversé » SPI par rapport à un - 19 - élément 1 qui présenterait la même configuration de couches C2 avec une couche magnéto-optique 22C continue. La FIGURE 5 comporte encore une frontière de changement de signe KZ. Elle montre en outre que la modification de la période du réseau par rapport à la longueur d'onde du signal lumineux traversant le guide optique 20, permet d'obtenir des valeurs différentes voire supérieures ou « exaltées » pour la non-réciprocité en absorption. En se positionnant sur la résonance de Bragg ou de façon décalée par rapport à elle, on obtient ainsi une variable de géométrie supplémentaire et donc un degré de liberté supplémentaire pour obtenir une valeur de non-réciprocité déterminée. En FIGURE 6, on voit que la non réciprocité en absorption varie aussi en fonction de l'épaisseur de la couche d'espacement 21, y compris pour une même épaisseur E22 de la couche magnéto-optique 22, et ce dans des proportions qui peuvent être importantes. En modifiant l'épaisseur de cette 15 couche d'espacement, on peut ainsi obtenir encore une variable de géométrie supplémentaire et donc encore un degré de liberté supplémentaire pour obtenir une valeur de non-réciprocité déterminée. Un deuxième mode de réalisation d'un élément magnéto-plasmonique 20 non réciproque est illustré aux FIGURE 8 et FIGURE 9. Ces figures représentent deux exemples 3 et 3' d'éléments à non réciprocité modifiée par une couche réseau structurée en métal non ferromagnétique sur une couche magnéto-optique en oxyde de grenat. A titre de comparaison, l'élément 1 à couche magnéto-optique 25 continue selon l'art antérieur (illustré en FIGURE 1 et FIGURE lb) est cette fois considéré avec une configuration de couches C3 comprenant une couche continue 33C d'un métal non ferromagnétique, par exemple de l'or, superposée directement sur une couche continue 32C en un matériau magnéto-optique non ferromagnétique, par exemple un oxyde de grenat, 30 elle-même au dessus d'une couche de guide optique 20, par exemple en silice, et par exemple sans couche d'espacement. Par rapport à cet art antérieur, les exemples 3 et 3' comprennent la même configuration de couches C3, possiblement avec les mêmes épaisseurs et dimensions transversales. - 20 - En FIGURE 8, l'élément 3 diffère de celui de la FIGURE 1b car sa couche magnéto-optique 32 est recouverte d'une structuration conductrice formée par une couche métallique 33 présentant une première configuration de réseau de fentes transversales, qui présentent une largeur L33 et d'une profondeur E33. Cette profondeur E33 peut correspondre par exemple à l'épaisseur de la couche métallique 33 lorsque les fentes la traversent sur toute son épaisseur. De façon similaire aux exemples du premier mode de réalisation, la géométrie de ce réseau 33 peut être configurée pour fournir une non-réciprocité en absorption modifiée et qui présente un sens passant de type « continu » SPC, car dans le même sens que l'élément 1 qui présenterait la même configuration de couches C3 avec sa couche magnéto-optique 32 sans structuration adjointe. En FIGURE 9 l'élément 3' diffère de celui de la FIGURE 1 car sa couche magnéto-optique 32 est recouverte d'une couche métallique 33' présentant une deuxième configuration de réseau de fentes transversales (différente de la première configuration de réseau), qui présentent une largeur L33' et d'une profondeur E33. De façon similaire aux exemples du premier mode de réalisation, la géométrie de ce réseau 33' peut être aussi configurée pour fournir une non-réciprocité en absorption modifiée et qui présente en outre un sens passant de type « inversé » SPI par rapport à un élément 1 qui présenterait la même configuration de couches C3 avec sa couche magnéto-optique 32 sans structuration adjointe. En variante, il est à noter que la couche de grenat 32 pourrait aussi être utilisée comme guide optique, à la place ou en complément de la couche 30. Ce deuxième mode de réalisation peut être utilisé de façon similaire au premier mode de réalisation, par exemple dans les mêmes types de composants. En outre, des éléments non réciproques réalisés selon ces deux modes de réalisation peuvent être combinés au sein d'un même composant, par exemple tel que ceux décrits ici. L'utilisation de l'un ou l'autre de ces modes de réalisation peut être intéressante en fonction de différentes contraintes économiques ou techniques, par exemple en fonction des plages de performances accessibles, ou de critères d'uniformité et/ou de simplicité et/ou - 21 - d'homogénéité dans la fabrication et/ou l'intégration des éléments au sein d'un circuit intégré ou au sein d'un dispositif ou d'un système global. Composants utilisant la non réciprocité en absorption Les FIGURE 10 et FIGURE 11 représentent un exemple de composant 5 utilisant plusieurs éléments magnéto-plasmoniques NPA1 et NPA3 non réciproques, utilisés ici en absorption pour réaliser un isolateur optique en anneau, avec ou sans effet de résonance. Ce composant 5 comprend un circuit optique linéaire sensiblement rectiligne à deux extrémités 51 et 52, entre lesquelles il est couplé par un coupleur C5 avec un circuit optique linéaire en anneau 53. Deux éléments magnéto-plasmoniques NPA1 et NPA3 non réciproques sont placés dans deux positions sensiblement parallèles et diamétralement opposées sur le circuit optique en anneau 53. Ces deux éléments NPA1 et NPA3 sont soumis à un même champ magnétique M51. Les deux éléments magnéto-plasmoniques non réciproques NPA1 et NPA3 sont choisis et agencés de façon à présenter des sens passants inversés l'un par rapport à l'autre. Par exemple : - l'un NPA1 des deux est un élément unitaire à couche continue et sens passant « continu » SPC, similaire à l'élément 1 de la FIGURE 1, ou un élément à couche réseau et non-réciprocité modifiée mais à sens passant »continu » similaire à l'élément 2 de la FIGURE 2 ; et - l'autre NPA3 est un élément unitaire à non réciprocité en absorption inversée par couche réseau structurée selon la deuxième configuration et produisant un sens passant inversé SPI, similaire à l'élément 2' de la FIGURE 3. Ainsi qu'on le voit en FIGURE 10, lorsqu'un signal lumineux 59 (flèche blanche) entre dans le composant 5 dans un sens (ici de la gauche 51 vers la droite 52), et qu'il entre en résonance en parcourant l'anneau 53, on voit que ce signal 59 traverse successivement les deux éléments NPA1 et NPA3 chacun dans son sens passant. Tout au long de la résonance, ce signal 59 est peu ou pas affaibli, et présente en sortie 52 une intensité identique ou peu diminuée, ce qui constitue ainsi le sens passant SP51 de l'isolateur 5. - 22 - Au contraire, lorsqu'un signal lumineux 58 (flèche noire) entre dans le composant 5 dans l'autre sens (ici de la droite 52 vers la gauche 51), et qu'il entre en résonance en parcourant l'anneau 53, on voit que ce signal 58 traverse successivement les deux éléments NPA1 et NPA3 chacun dans son sens bloquant. Tout au long de la résonance, ce signal 58 s'affaiblit progressivement de façon amplifiée, et présente en sortie 51 une intensité très faible voire nulle (flèche noire fine puis pointillée), ce qui constitue ainsi le sens bloquant SB51 de l'isolateur 5. Ainsi qu'illustré en FIGURE 11, si l'on applique un champ magnétique inversé M52, les sens passants des deux éléments unitaires NPA1 et NPA3 sont alors inversés, et donc les sens passant SP52 et bloquant SB52 de l'isolateur 5 sont inversés aussi. Les deux éléments unitaires NPA1 et NPA3 étant toujours soumis à un même champ magnétique M51 ou M52, il est ainsi possible de réaliser une intégration plus poussée, plus facile et plus souple au simple au sein d'un ou plusieurs circuits intégrés. En FIGURE 12 est illustré un exemple similaire de composant 6 réalisant un isolateur optique en anneau avec ou sans résonance, de façon similaire à celui des FIGURE 10 et FIGURE 11, et qui ne sera décrit que dans ses différences. Dans ce composant 6, l'élément unitaire de type continu NPA1 a été remplacé par un élément unitaire NPA2 à non réciprocité en absorption modifiée par couche réseau structurée selon la première configuration et fournissant lui aussi un sens passant SPC de type « continu », similaire à l'élément 2 de la FIGURE 2. Les sens passants sont les mêmes que dans l'isolateur 5 des FIGURE 10 et FIGURE 11, mais l'utilisation d'un élément NPA2 modifié par structuration de type continu permet d'obtenir une non-réciprocité d'absorption d'une valeur choisie avec plus de liberté, par exemple plus importante, ce qui donne plus de souplesse dans la conception et peut permettre de meilleures performances, par exemple en affaiblissement dans le sens bloquant SB61 et/ou en compacité. - 23 - Composants utilisant la non réciprocité en indice La modification par couche réseau structurée apporte aussi des variations à la non réciprocité constatée en matière d'indice dans le guide optique.

La FIGURE 13 représente ainsi la variation des valeurs Ar3 de la non- réciprocité en indice en fonction de l'épaisseur de la couche d'espacement 21 et de la profondeur des fentes E22. Mathématiquement, cette non-réciprocité en indice Ar3 est la différence des parties réelles de la grandeur complexe qui représente la non-réciprocité globale « k », dans une direction « x », entre deux sens opposés « g » et « -g », soit : AJ3 = AMk]= 2(9U x(g) -9î.k x (-g)) Ces résultats ont été obtenus pour un élément 2 ou 2' tel qu'illustré aux FIGURE 2, FIGURE 3 ou FIGURE 7, et dans la configuration suivante : - illumination à une longueur d'onde de 1300nm, - réseau dimensionné avec une période de 200nm, soit à la résonance de Bragg, - largeur des fentes L22 valant 20nm. Ainsi qu'on le voit sur la figure, dans un élément 2 avec couche réseau structurée 22, les valeurs de Ar3 présentent une augmentation continue lorsque l'épaisseur E22 de la couche magnéto-optique (ici le FeCo) augmente. Cette augmentation se poursuit jusqu'à atteindre au moins une valeur de l'ordre de 6.10-3 dans une zone ZE dite d'exaltation, pour une épaisseur de FeCo D22 entre 110 et 130nm et une épaisseur de couche d'espacement 21 valant entre 40 et 60nm. La structuration en réseau permet ainsi d'obtenir des valeurs beaucoup plus élevées que dans un élément 1 à couche magnéto-optique continue 22C et sans réseau, tel que connu dans l'état de la technique, pour lequel ces valeurs de Ar3 tendent à plafonner dès que l'épaisseur de cette couche magnéto-optique approche de 100nm et ne présente pas cette zone d'exaltation. On voit ainsi que l'invention permet de choisir plus facilement la valeur de non réciprocité d'indice que l'on souhaite obtenir, en réglant la géométrie et la période de la couche réseau 22, et/ou les épaisseurs des - 24 - couches magnéto-optique 22 et d'espacement 21. Cette valeur peut en outre être choisie dans une plus grande plage de valeur. Par exemple, des circulateurs optiques à trois quatre ports et à quatre ports sont présentés dans la publication de Takei et Mizumoto : « Design and Simulation of Silicon Waveguide Optical Circulator employing Non Reciprocal Phase Shift », Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 052203. Dans ce document, une fonction de modification de phase non réciproque (Non Reciprocal phase shifter) est réalisée par deux éléments identiques utilisant un effet magnéto-optique du premier ordre, disposé chacun dans une branche. Ces deux éléments magnéto-optiques sont soumis à deux champs magnétiques différents, de directions parallèles et de sens opposés, ce qui présente des contraintes non négligeables en matière d'encombrement : il est en effet difficile voire impossible de produire deux champs différents dans des endroits très proches, et donc d'intégrer un tel dispositif sur une très petite surface, par exemple au sein d'une même puce photonique. Les FIGURE 14 et FIGURE 15 illustrent deux états de fonctionnement d'un exemple de dispositif 8 utilisant l'invention pour réaliser un circulateur optique à quatre ports fournissant des résultats similaires. Ce dispositif 8 comprend d'une part un premier circuit optique 81 reliant entre eux deux ports p1 et p3, et d'autre part un deuxième circuit optique 82 reliant entre eux deux ports p2 et p4. En partant des deux ports de gauche p1 et p2, les deux circuits optiques 81 et 82 sont couplés par un premier coupleur directionnel DC1, puis se séparent en une première branche B1 et respectivement une deuxième branche B2, puis sont à nouveau couplés par un deuxième coupleur directionnel DC2 avant d'arriver aux deux ports de droite p3 et p4. Les deux branches sont agencées pour former un modificateur de phase réciproque (Reciprocal Phase Shifter), ici par une deuxième branche B2 qui présente une longueur plus importante que la première branche B1. Au sein de chacune des deux branches B1 et B2, le circuit optique 81 et 82 traverse un modificateur de phase non réciproque (Non Reciprocal Phase Shifter) NPS1 et respectivement NPS2. - 25 - Ces deux modificateurs de phase non réciproque sont réalisés sous la forme de deux éléments magnéto-plasmoniques à non réciprocité modifiée par couche réseau structurée selon l'invention, par exemple tels que décrits plus haut. Ils sont agencés pour présenter deux réciprocités Api et Ar32 de valeurs différentes, de façon à produire deux valeurs de décalage qui diffèrent entre elles de n/2, lorsqu'ils sont soumis à un même champ 8 M81. Dans un tel dispositif, comme dans d'autres réalisables avec de tels éléments NPS1 et NPS2, ces valeurs différentes peuvent être obtenues de préférence en utilisant une même configuration de couches, et en dimensionnant leurs couches réseaux respectives de façon à ce qu'elles présentent deux réciprocités Api et AB2 de valeurs différentes. Ces deux éléments NPS1 et NPS2 peuvent être tous deux des éléments à non-réciprocité modifiée par structuration pour présenter des structurations différentes, ou seulement l'un d'entre eux. Alternativement ou en combinaison, ces valeurs différentes pourraient aussi être obtenues en réalisant des longueurs différentes en utilisant des épaisseurs de couches différentes entre les deux éléments NPS1 et NPS2, par exemple des épaisseurs de couches magnéto-optiques différentes ou des couches d'espacement différentes, du fait que la couche réseau permet à ces paramètres d'épaisseur de produire des variations de non réciprocité Ar3 plus étendues qu'avec une couche continue. Un signal lumineux 89 entrant dans un port, par exemple p1, traverse un coupleur DC1 puis se répartit dans les deux branches B1, B2.

Les signaux issus des deux branches subissent alors des interférences dans l'autre coupleur DC2. Ces interférences s'additionnent pour produire un signal résultant 89' dans un seul p4 des deux ports reliés à ce coupleur, et s'annulent pour produire un signal faible ou inexistant dans l'autre p3 de ces ports.

Par exemple, les valeurs de modifications de phase et de non réciprocité d'indice (différence de phase entre l'aller et le retour) peuvent être choisies comme suit : coupleurs DC1 et DC2 : n/2 différentiel de longueur entre B1 et B2 : n/2 - 26 - NPS1 : n/2 NPS2 : 3n/2 Dans le cas d'une utilisation d'une couche réseau FeCo d'épaisseurs différentes entre les deux éléments structurés NPS1 et NPS2, en référence aux configurations à l'origine des graphiques de la FIGURE 13, il est possible d'utiliser par exemple, pour une illumination à 1300nm, les paramètres suivants : NPS1 : réseau de période=150nm, spacer=40nm, épaisseur FeCo=120nm on obtient environ ,8.131= 6.10-3pm-1 (en valeur absolue) NPS2 : réseau de période=150nm, spacer=40nm, épaisseur FeCo=80nm on obtient environ ,8.132= 2.10-3pm-1 (en valeur absolue) à partir du décalage de phase : Acp=,8.13.L (où L est la longueur de propagation affectée), en choisissant par exemple L=785pm on obtient : Acpl= 3n/2 et Acp2=n/2. Selon le port dont ils viennent et la branche par laquelle ils passent, les signaux parcourant les deux branches subissent les modifications de phases suivantes : port de gauche DC1 B1 NPS1 DC2 DC2 port de droite DC1 B2 NPS2 (départ) p1 -> 0 0 n/2 n/2 n/2 n/2 0 0 -> p4 (arrivée) n/2 0 n/2 0 -> p3 (arrivée) (départ) p2 -> 0 n/2 0 n/2 n/2 0 0 n/2 (arrivée) p2 <- 0 n/2 n/2 0 <- p4 (départ) (arrivée) p1 <- 0 0 0 0 <- p3 (départ) n/2 n/2 n/2 n/2 On voit que les sens de circulation (flèches blanches pleines) obtenus entre les ports sont alors deux circuits croisés s1, s2 de la gauche vers la droite, et deux circuits parallèles s3, s4 de la droite vers la gauche. Ainsi - 27 - qu'illustré en FIGURE 15, les sens de circulation sont inversés lorsque l'on inverse le champ magnétique M81 en son opposé M82. Les deux éléments non réciproques NPS1 et NPS2 étant soumis au même champ magnétique M81 ou M82 à chaque instant, il est donc possible de les positionner de façon très proche l'un de l'autre, par exemple sur un même circuit intégré photonique ou hybride. Il est donc possible de réaliser ainsi une intégration plus poussée, plus facile et plus souple au simple au sein d'un ou plusieurs circuits intégrés. La FIGURE 16 illustre un autre exemple de dispositif d'un exemple de dispositif 9 réalisant un circulateur optique à trois ports, fournissant des résultats similaires à celui réalisé avec deux champs magnétiques distincts dans la même publication de l'art antérieur. Par rapport au dispositif 8 de la FIGURE 14, les deux branches B1 et B2 sont égales et les deux circuits 91 et 92 se rejoignent vers la droite en un seul port p3 par l'intermédiaire d'un interféromètre multimode MMI. Ce dispositif fournit ainsi une circulation (flèches blanches pleines) de chaque port vers son voisin, de façon inversable, tout en utilisant un unique champ magnétique M91 pour les deux éléments non réciproques NPS1 et NPS2. Le fait d'utiliser un même champ magnétique pour ces deux éléments diminue la complexité du dispositif. Il permet en outre de rapprocher grandement ces deux éléments l'un de l'autre, par exemple sur un même circuit intégré, et permet ainsi en particulier une plus grande simplicité et une bien meilleure compacité.

D'autres types de composants sont bien sûr réalisables en combinant différents types d'éléments unitaires à non-réciprocité modifiée par structuration, par exemple avec des valeurs de non-réciprocité différentes en absorption et/ou en indice, voire avec des signes différents de non-réciprocité en absorption, avec les mêmes avantages de plages de performances, de souplesse d'ajustement relatif des éléments unitaires entre eux, et en permettant une intégration plus poussée, plus facile, plus souple et plus simple au sein d'un ou plusieurs circuits intégrés. En particulier, les différentes variables de géométries (par exemple largeur des fentes, épaisseur et période du réseau, et/ou épaisseur de la - 28 - couche d'espacement), et les degrés de liberté de conception qui en découlent, peuvent être associés entre eux selon la totalité de leurs combinaison, pour permettre de dimensionner un ou plusieurs éléments unitaires non réciproques en fonction d'une valeur de non-réciprocité recherchée pour chacun d'eux, et/ou d'une différence de non-réciprocité recherchée entre plusieurs d'entre eux. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (21)

1. REVENDICATIONS1. Elément magnéto-plasmonique (2, 2', 3, 3') à non réciprocité du type comprenant une configuration de couches (C2, C3), dite configuration à non réciprocité, incluant une ou plusieurs couches (20, 21, 22/22' ; 30, 32, 33/33') de natures et successions déterminées qui sont superposées et/ou imbriquées pour réaliser au moins un guide optique linéaire (20, 30) et une couche à effet magnéto optique (22, 32) ; ladite configuration de couches étant agencée pour produire par effet magnéto-plasmonique dans ledit guide optique, sous l'effet d'un champ magnétique (M) transversal audit guide optique dans un sens déterminé, une absorption et/ou une variation d'indice variant en fonction du sens de propagation des signaux lumineux dans ledit guide optique ; définissant ainsi dans ledit guide optique, de façon vectorielle par rapport audit champ magnétique, un sens de propagation optique de plus faible absorption et/ou de plus faible variation d'indice dit sens passant et un sens de propagation optique de plus forte absorption et/ou de plus fort indice dit sens bloquant, caractérisé en ce que d'une part ledit élément comprend au moins une couche dite réseau (22, 22', 33, 33') qui est structurée en un réseau alternativement de pleins et de vides disposés transversalement au guide optique (20, 30) , et qui est confondue avec ladite couche magnéto-optique (22, 22') ou qui est superposée (33, 33') à elle (32) ; et d'autre part la géométrie dudit réseau (22, 22', 33, 33') présente des valeurs choisies de façon à ce qu'il présente une non-réciprocité différente, en absorption et/ou en indice, de celle qui serait obtenue (1) avec une couche magnéto-optique continue et sans réseau (22C, 32C) et avec le même champ magnétique (M) et la même configuration (C2, C3) de couches à non-réciprocité ; réalisant ainsi un élément magnétoplasmonique (2, 2', 3, 3') dit à non-réciprocité modifiée par structuration.
2. 2. Elément (2,
3. 3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la géométrie du réseau (22, 22', 33, 33') présente des valeurs choisies de façon à ce que la non-réciprocité obtenue en absorption et/ou en indice présente une valeur supérieure à celle qui serait obtenue (1) avec une- 30 - couche magnéto-optique (22C, 32C) continue et sans réseau et avec le même champ magnétique (M) et la même configuration (C2, C3) de couches à non-réciprocité, réalisant ainsi un élément magnéto-optique présentant pour sa non-réciprocité une modification sous la forme d'une exaltation. 3. Elément (2', 3') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la géométrie du réseau (22', 33') présente des valeurs (L22', E22' ; L33', E33') choisies de façon à ce que le sens passant en absorption dudit élément (2', 3') avec ledit réseau, dit sens passant « inversé » (SPI), soit opposé au sens passant en absorption dit « continu » (SPC), qui serait obtenu (1) avec une couche magnéto-optique (22C, 32C) continue et sans réseau et avec le même champ magnétique (M) et la même configuration (C2, C3) de couches à non-réciprocité, réalisant ainsi un élément magnéto-optique (2', 3') présentant, pour sa non-réciprocité en absorption, une modification sous la forme d'une inversion.
4. 4. Elément (2, 2') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique (22, 22') est en un matériau ferromagnétique et est structurée pour réaliser la couche réseau ; notamment en Fer-Cobalt.
5. 5. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique (32) est en un matériau non ferromagnétique et la couche réseau (33, 33') est réalisée en un réseau d'un matériau métallique superposé directement à ladite couche magnéto-optique ; notamment un réseau métallique en Au ou Ag ou Cu ou une combinaison quelconque de ces matériaux sur une couche magnéto-optique comprenant un oxyde de grenat.
6. 6. Composant optique (5, 6 ; respectivement 8, 9) caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier élément (NPA1 ; respectivement NPS1) magnéto-plasmonique non réciproque basé sur une configuration de- 31 - couches (C2, C3) déterminée et produisant une première non-réciprocité (SPC ; respectivement Ar31) sous l'effet d'un champ magnétique (M51 ; respectivement M81, M91) déterminé, et en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième élément magnéto-plasmonique (NPA3 ; ou NPS2) non réciproque selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend la même configuration (C2, C3) de couches et est agencé pour produire, sous un champ magnétique (M51 ; respectivement M81) de même direction et de même sens, une deuxième non-réciprocité (SPI ; respectivement Ar32) différente de ladite première non-réciprocité (SPC ; respectivement Ai31) ; lesdits premier (NPA1, NPS1) et deuxième (NPA3, NPS2) éléments magnéto-plasmoniques non réciproques coopérant en parallèle et/ou en série pour traiter au moins un signal lumineux (59 ; ou 89) circulant au sein d'un même circuit optique (51, C5, 53, 52 ; respectivement 81, DC1, B1, B2, MM1, 82 ; ou 91, DC1, B1, B2, MMI).
7. 7. Composant (5, 6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier élément (NPA1) non réciproque est agencé pour présenter une non-réciprocité en absorption dans le sens « continu » (SPC), et en ce que le deuxième élément (NPA2) magnéto-plasmonique non réciproque est agencé pour présenter une non-réciprocité en absorption dans le sens « inversé » (SPI).
8. 8. Composant (5, 6) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce le premier élément (NPA1) magnéto-plasmonique à absorption non réciproque et le deuxième élément (NPA2) magnétoplasmonique à absorption non réciproque sont disposés en série dans deux portions d'un même guide d'onde optique (53), de façon à ce qu'un signal optique (59) parcourant ledit guide d'onde soit reçu par lesdits éléments optiques à absorption non réciproque selon un même sens relatif, c'est-à-dire soit passant pour les deux (SPC, SPI) soit bloquant pour les deux (SBC, SBI) ; leurs effets respectifs sur un signal traversant ledit guide optique se cumulant pour réaliser une fonction d'isolateur optique.-32-
9. 9. Composant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le guide d'onde comprend une partie en anneau (53) dans laquelle les premier NPA1) et deuxième (NPA2) éléments magnéto-optiques à absorption non réciproque sont insérés selon des orientations inversées entre elles vis-à-vis d'un champ magnétique (M51) de direction et de sens uniforme.
10. 10. Composant (8, 9) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que les premier (NPS1) et deuxième (NPS2) éléments non réciproques présentent deux valeurs différentes (A[31, Ar32) de non- réciprocité en indice et sont agencés en parallèle sur deux branches (B1, B2) qui coopèrent par couplage (DC1, DC2) ou interférométrie (MMI) au sein d'un même circuit optique, de façon à produire deux modifications de phases différentes au sein des signaux (89) parcourant ces deux branches ; réalisant ainsi une circulation non réciproque au sein d'au moins un trajet dudit circuit optique.
11. 11. Composant (8 ; 9) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les premier (NPS1) et deuxième (NPS2) éléments non réciproques sont agencés au sein d'au moins deux branches (B1, B2) coopérant entre elles à leurs extrémités par couplage (DC1, DC2) ou interférométrie (MMI) pour desservir au moins trois ports optiques (p1, p2, p3, p4), lesdits premier et deuxième éléments non réciproques étant déterminés sélectivement par sélection de leurs paramètres (L22, E22) pour présenter des non-réciprocités en indice différentes (A(3i, Ar32), produisant au sein desdites branches des modifications de phase non réciproques différentes d'une valeur déterminée pour que : d'une part des composantes issues d'un premier signal (89) entrant par un premier port (p1) et parcourant lesdites branches interfèrent entre elles de façon à sortir par un deuxième port (p4) avec une intensité plus importante que par au moins un troisième port (p2), et d'autre part des composantes issues d'un deuxième signal entrant par ledit deuxième port (p4) et parcourant lesdites branches interfèrent entre elles de façon à sortir par ledit troisième port (p2) avec une intensité plus importante que par ledit premier port (p1) ;- 33 - réalisant ainsi un circulateur (8, 9) non réciproque à au moins trois ports.
12. 12. Elément (2, 2', 3, 3') ou composant (5, 6, 8, 9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche guide d'onde (20, 30) est réalisée en un diélectrique ou un semiconducteur.
13. 13. Procédé de réalisation d'un composant photonique, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes agencées pour réaliser un élément magnéto- plasmonique non réciproque (2, 2', 3, 3') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
14. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une réalisation d'une couche réseau (22, 22', 33, 33') d'une géométrie (L22, E22) choisie pour produire une non-réciprocité en absorption d'une valeur (ta) et/ou d'un sens (SPC, SPI) déterminé.
15. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une réalisation d'une couche réseau (22, 22', 33, 33') d'une géométrie choisie pour produire une non-réciprocité en indice d'une valeur (A[31) déterminée.
16. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes agencées pour réaliser un composant optique (5, 6, 8, 9) selon l'une quelconque des revendications 6 à 12.
17. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend une réalisation du premier (NPA1, NPS1) et du deuxième (NPA2, NPS2) élément magnéto-plasmonique avec des configurations (C2) de couches identiques du point de vue de leurs épaisseurs.- 34 -
18. 18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend une réalisation du premier (2, NPA1, NPS1) et du deuxième (2', NPA2, NPS2) élément magnéto-plasmonique avec des configurations (C2) de couches différentes du point de vue de leurs épaisseurs (E22, E22'), lesquelles différences d'épaisseurs sont choisies pour fournir une première et respectivement une deuxième non-réciprocité différentes l'une (SPC, A331) de l'autre (SPI, Ar32).
19. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend une réalisation simultanée d'une première couche réseau (22) sur le premier élément magnéto-plasmonique (2, NPA1) et d'une deuxième couche réseau (22') sur le deuxième élément magnétoplasmonique (2', NPA2), lesdites première et deuxième couches réseaux étant réalisées dans des géométries (L22, E22 ; respectivement L22', E22') choisies pour fournir une première et respectivement une deuxième non- réciprocité en absorption de deux valeurs différentes (Aa1, Ao2) et/ou de deux sens différents (SPC, SPI).
20. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend une réalisation simultanée d'une première couche réseau (22) sur le premier élément magnéto-plasmonique (2, NPA1, NPS1) et d'une deuxième couche réseau (22') sur le deuxième élément magnéto-plasmonique(2', NPA2, NPS2), lesdites première et deuxième couches réseaux réalisées dans des géométries (L22, E22 ; respectivement L22', E22') choisies pour fournir une première et respectivement une deuxième non-réciprocité en indice de deux valeurs différentes (A[31, Ar32).
21. 21. Procédé de traitement non réciproque d'un signal optique comprenant un traitement dudit signal optique par un composant (5, 6, respectivement 8, 9) selon l'une quelconque des revendications 6 à 12 pour produire sur ledit signal optique au moins un effet non réciproque dans un sens déterminé, caractérisé en ce qu'il comprend une inversion du sens dudit effet obtenu par une inversion d'un champ magnétique (M51 en M52 ; respectivement M81 en M82) appliquée conjointement et simultanément sur- 35 - au moins deux éléments (NPA1, NPA2 ; respectivement NPS1, NPS2) magnéto-plasmoniques à absorption et/ou variation d'indice non réciproque présentant des non-réciprocités de sens (SPC, SPI) et/ou de valeurs (A[31, Ar32) différents.