WO2013057444A1 - Element magneto-plasmonique a non-reciprocite modifiee, exaltee ou inversee, composant integrant de tels elements, et procede de fabrication. - Google Patents

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

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WO2013057444A1
WO2013057444A1 PCT/FR2012/052390 FR2012052390W WO2013057444A1 WO 2013057444 A1 WO2013057444 A1 WO 2013057444A1 FR 2012052390 W FR2012052390 W FR 2012052390W WO 2013057444 A1 WO2013057444 A1 WO 2013057444A1
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optical
reciprocal
magneto
layer
absorption
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/052390
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Inventor
Béatrice Dagens
Mathias Vanwolleghem
Liubov Magdenko
Robert MEGY
Philippe Gogol
Mickaël FEVRIER
Original Assignee
Universite Paris Sud 11
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
    • G02F1/0955—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/10—Function characteristic plasmon

Definitions

  • Magnetic-plasmonic element with modified, inverted or inverted non-reciprocating element, component incorporating such elements, and method of manufacture
  • the present invention relates to a magneto-plasmonic element using a combination of layers including an optical guide and a magneto-optical layer to produce a non-reciprocal effect under the effect of a transverse magnetic field, comprising a structured network layer producing a non-reciprocal effect -reduced reciprocity.
  • the geometry of this network layer may be chosen to obtain a chosen non-reciprocal value or even enhanced index and / or absorption, and also to obtain a non-reciprocal inverted absorption compared to an element comprising the same layer configuration without structuring.
  • the invention further relates to a component comprising a plurality of magneto-plasmonic non-reciprocating elements thus modified, arranged on the same integrated component and subjected to the same magnetic field, and for example a ring resonance optical isolator or an optical circulator.
  • It also relates to a method of manufacturing such an element or component, as well as a signal processing method using such an element or component.
  • the invention relates to the field of electro-optical or optronic or optical components, in particular integrated components and devices or systems that use them, for example in the field of processing or transmission of signals, or the development of photonic circuits such as logical computing circuits or logical storage.
  • Non-reciprocal magneto-plasmonic structures are known, used to guide a light signal in a given direction, called propagation direction, for example in a planar guide or a linear guide.
  • propagation direction for example in a planar guide or a linear guide.
  • the signal is subject to the effective optical characteristics of the overall medium consisting of this optical guide and the structure to which it belongs. These characteristics influence this signal: the index of refraction of the global medium induces a phase change of the signal, and the absorption coefficient causes a drop in the signal strength.
  • such a non-reciprocal magneto-plasmonic structure When subjected to a transverse magnetization perpendicular to the direction of propagation, such a non-reciprocal magneto-plasmonic structure has a modification of its optical characteristics, which is different depending on the direction of propagation of the signal passing through it.
  • non-reciprocal magneto-plasmonic structures are formed by a combination of several superposed or nested layers, which comprise on the one hand a waveguide layer, whose function is to guide the light signal, and on the other hand a magneto layer.
  • -optic that modifies the effective optical characteristics within the waveguide layer under the effect of a magnetic field transverse to the direction of propagation, by the transverse magneto-optical Kerr effect (TMOKE in English).
  • the magneto-optical layer may for example be of garnet oxide with a metal or iron-cobalt layer, and the waveguide in various known materials, for example based on silicon, garnet, III-V material or silica.
  • This effect can be used to realize different types of optronic devices with non-reciprocal behavior.
  • They may be, for example, optical isolators that use non-reciprocal absorption to pass a signal in one direction but block it in the other direction or significantly reduce it; as described in the publication by Van Pays et al. "Transverse magnetic mode nonreciprocal propagation in an amplifying AIGalnAs / InP optical wave isolator guide," Applied Physics Letters 88, 071115 (2006).
  • An object of the invention is to overcome the disadvantages of the state of the art, and in particular:
  • optical non-reciprocal structures in particular in terms of absorption and / or index, improved performance or that can be adjusted more precisely and more loosely, and thus make components more economical, more efficient and / or more compact ; to provide components that include, in an integrated manner, several non-optical reciprocal structures, in particular in absorption and / or index, (for example to integrate multiple and different functions in the same component);
  • non-reciprocal optical devices having a better compactness, and / or an integrated architecture, and / or better signal processing performance (for example in terms of power or selectivity);
  • the inventors have found that the performances of a magneto-plasmonic structure can vary when structuring therein made with holes of air or other material, for example a network of solid and transverse voids to the direction of propagation of the signal, as described in more detail with reference to the figures.
  • This structuring can be carried out in several ways, for example according to the materials used and / or the manufacturing process.
  • a ferromagnetic type magneto-optical layer such as FeCo
  • this network can be created by structuring this magneto-optical layer itself. The structuring then affects the behavior of plasmons within the magneto-optical layer.
  • a non-ferromagnetic type magneto-optical layer such as, for example, garnet oxide
  • this network may be created in the form of an additional structured metallic layer structured in a superimposed network on the magnetic layer. optical.
  • the invention proposes a non-reciprocal magneto-plasmonic element of the type comprising a layer configuration, said non-reciprocal configuration, including one or more determined layers of nature and successions (and optionally of thickness) which are superimposed and / or or nested to provide at least one linear optical guide and one magneto-optical effect layer.
  • this layer configuration is arranged to produce by magneto-plasmonic effect in said optical guide, under the effect of a magnetic field transverse to said optical guide in a given direction, an absorption and / or a variant index depending the direction of propagation of the light signals in said optical guide; thus defining in said optical guide, in a vectorial manner with respect to said magnetic field, an optical propagation direction of lower absorption and / or lower index said forward direction and a direction of optical propagation of higher absorption and / or more strong index says blocking sense.
  • this non-reciprocal element furthermore has the following characteristics:
  • said element comprises at least one metal layer, said grating, which is structured in a network alternately of solids and voids arranged transversely to the optical guide, and which is merged with or superimposed on said magneto-optical layer, directly or not (for example on the opposite side to the optical guide, but not systematically); and
  • the geometry of said network has chosen values so that it has a different non-reciprocity, in absorption and / or index, than that which would be obtained with a continuous magneto-optical layer and without a network and with the same magnetic field and the same non-reciprocal layer configuration.
  • the invention thus makes it possible to produce a magneto-plasmonic element said to be non-reciprocally modified by structuring.
  • the geometry values to be used for the "network layer” may depend on the nature and overall geometry of the layers composing the non-reciprocal configuration, ie in particular the outer dimensions and the positioning of the guide and of the magneto-optical layer relative to each other.
  • layer configuration is understood here as being defined by the choice of the nature and succession of the different layers forming the magneto-plasmonic structure.
  • This layer configuration thus comprises at least the guide layer optical, planar or linear, and one or more magneto-optical layers, for example ferromagnetic but not necessarily.
  • a defined layer configuration can be defined for example as consisting of a silica layer on which rests a non-ferromagnetic magneto-optical layer, for example a garnet oxide.
  • Another layer configuration can be defined for example as consisting of a layer of III-V material (GalnAsP, GalnAlAs) on which an InP spacer layer and a ferromagnetic magneto-optical layer, for example, an iron-cobalt alloy.
  • the thickness values of the different layers can be considered as defined also by the "configuration of layers" determined.
  • the invention then proposes to use these values producing an "exalted" non-reciprocity, by producing an element as explained above in which the geometry of said network has values chosen so that the non-reciprocity obtained in absorption and / or index has a value greater (in absolute value) than that which would be obtained with a continuous magneto-optical layer and without network and with the same magnetic field and the same configuration of non-reciprocal layers.
  • the invention thus makes it possible to produce a magneto-optical element presenting for its non-reciprocity a modification in the form of an exaltation.
  • the values of the absorption non-reciprocity ( ⁇ ) have, for certain values of the geometry of the network, a sign different from that obtained in a structure without a network, c that is, the passing (i.e., less absorbing) and blocking (ie, higher absorption) directions of such a structure are reversed from those of a type structure "Continuous" with the same layer configuration and the same magnetic field.
  • the invention then proposes to use these values producing an "inverted" non-reciprocity, by producing an element as explained above in which the geometry of the network has selected values so that the direction passing in absorption of said element with said network, said forward direction "inverted", is opposite to the passing direction in so-called “continuous” absorption, which would be obtained with a continuous magneto-optical layer and without network and with the same magnetic field and the same layer configuration to non-reciprocity.
  • the invention thus makes it possible to produce a magneto-optical element having, for its non-reciprocal absorption, a modification in the form of an inversion.
  • the invention proposes such an inverted element in the form of a magneto-plasmonic non-reciprocal absorption element comprising a configuration of layers, called a non-reciprocal configuration, including one or more layers of nature and determined dispositions which are superposed. and / or nested to produce at least one linear optical guide and one magneto-optical effect layer.
  • said layer configuration is arranged to produce magneto-plasmonic effect in said optical guide, under the effect of a magnetic field transverse to said optical guide in a given direction, an absorption varying according to the direction of propagation of light signals in said optical guide; thus defining in said optical guide, in vector manner with respect to said magnetic field, a direction of optical propagation of weaker absorption said forward direction and a direction of optical propagation of higher absorption said blocking direction.
  • said element comprises at least one so-called network layer which is structured in an alternately network of full and voids arranged transversely to the optical guide, and which is merged with or superimposed on said magneto-optical layer; and
  • the geometry of said network has values chosen so that the direction passing from said element with said network, said forward direction "inverted", is opposed to the forward direction said "continuous”, which would be obtained with a continuous magneto-optical layer and without network and with the same magnetic field and the same configuration of non-reciprocal layers.
  • the magneto-optical layer is made of a ferromagnetic material and is structured to produce the network layer, for example by selective deposition, lift-off or etching.
  • the ferromagnetic layer comprises different ferromagnetic metals or their alloys, and for example iron and / or cobalt and / or nickel.
  • it comprises FeCo or consists entirely of FeCo, for example a 50/50 alloy, which is well controlled technologically and has a good gyrotropic constant.
  • the magneto-optical layer is made of a non-ferromagnetic material, in particular garnet oxide
  • the network layer is made of a network of a metallic material. , in particular gold or copper or silver, superimposed directly on said magneto-optical layer, for example by selective deposition or etching.
  • the magneto-optical layer comprises any non-ferromagnetic magneto-optical material having a non-zero gyrotropic constant.
  • the network layer is made for example of a material comprising gold, silver, copper or a combination of these materials.
  • the magneto-optical layer comprises or is entirely made of a garnet oxide, for example of the YIG type substituted with Bismuth or Cerium, whose gyrotropic constants are particularly high in the near-infrared wavelength range (FIG. , 3 pm-1, 55pm) which is widely used in the intended applications.
  • oxides will be used according to the following formulas:
  • Bi YIG according to the formula: Bi x Y (3 -X ) Fe 5 0i 2
  • the waveguide may be made for example of a dielectric, for example silica or nitride silicon, or a semiconductor, for example silicon or a III-V material.
  • an optical component comprising at least a first non-reciprocal magneto-plasmonic element based on a determined layer configuration and producing a first non-reciprocity under the effect of a field. magnetic determined; and further comprising at least a second non-reciprocal magneto-plasmonic element as set forth herein.
  • This second magneto-plasmonic element comprises the same configuration of layers, in nature and scheduling, and optionally in thicknesses. Thanks to a structure as explained above, it is arranged to produce, under a magnetic field of the same direction and the same direction, a second non-reciprocity different from said first non-reciprocity.
  • such a component may comprise at least two non-reciprocal elements in the same magnetic field zone, arranged in optical guide portions oriented in the same direction, for example in directions approximately or exactly parallel to each other, and which are arranged to provide different non-reciprocations with respect to the axis of propagation of light within these optical guide portions.
  • such a component may also comprise at least two non-reciprocal elements in the same magnetic field zone, which are arranged in optical guide portions oriented in opposite directions one of the other, for example in directions approximately or exactly parallel to each other, and which are arranged to provide similar non-reciprocations with respect to the axis of propagation of light within these optical guide portions.
  • this first and second non-reciprocal magneto-plasmonic elements are arranged to cooperate in parallel and / or in series to process at least one light signal flowing in the same optical circuit.
  • the first non-reciprocal element may furthermore be arranged (with or without a grating layer) to exhibit non-reciprocal absorption in the "continuous" direction, while the second non-reciprocal magnetopasmonic element is arranged to present a non-reciprocal absorption in the "inverted" direction.
  • the invention proposes such a component in which the first non-reciprocal absorption magneto-plasmonic element and the second non-reciprocal absorption magneto-plasmonic element are arranged in series in two portions of the same optical waveguide. , so that an optical signal traversing said waveguide is received by said non-reciprocal absorption optical elements in the same relative direction, that is to say either passing for both or blocking for both.
  • these two elements are arranged with their forward directions oriented inversely with respect to a magnetic field direction and uniform direction bathing the two elements, that is to say that one receives the magnetic field by the left of its passing sense, while the other receives it by the right of its passing direction.
  • this optical isolator may comprise in its waveguide a ring portion in which the first and second non-reciprocal absorption magneto-optical elements are inserted in opposite directions to one another with respect to a magnetic field. direction and uniform direction.
  • the invention proposes such a component in which the first and second non-reciprocal elements have two different values of index non-reciprocity and are arranged in parallel on two branches which cooperate by coupling or interferometry within a same optical circuit, so as to produce two different phase changes within the signals traversing these two branches.
  • this component may have an arrangement in which the first and second non-reciprocal elements are arranged within at least two branches cooperating with each other at their ends by coupling. or interferometry to serve at least three optical ports.
  • said first and second non-reciprocal elements are determined selectively by selection of their parameters, for example by their network layer geometry and / or their layer thicknesses, to present non-reciprocities in different indexes, producing within one another said branches of different non-reciprocal phase changes so that:
  • components originating from a first signal entering through a first port and traversing said branches interfere with each other so as to exit through a second port with greater intensity than by a third port, and
  • components originating from a second signal entering through said second port and traversing said branches interfere with each other so as to exit through said third port with a greater intensity than by said first port (and also greater than by the next port, in the case of a circulator with more than three ports, that is to say the fourth port for a four-port circulator).
  • the invention also proposes a method for producing such a magneto-plasmonic element with non-reciprocal absorption, comprising steps of implementation including processes, for example known to those skilled in the art, which are arranged to to produce a non-reciprocal magneto-plasmonic element as explained above.
  • the invention proposes such a method comprising at least one embodiment of a network layer of a geometry chosen to produce a non-reciprocal absorption of a value and / or a specific direction.
  • the invention proposes such a method comprising at least one embodiment of a network layer of a geometry chosen to produce a non-reciprocal index of a given value.
  • the invention further comprises such a method which further comprises steps arranged to provide an optical component as set forth above.
  • a method comprises a simultaneous embodiment of a first network layer on the first magnetopplasmonic element and a second network layer on the second magneto-plasmonic element, said first and second network layers produced in geometries chosen to provide a first and a second non-reciprocal absorption of two different values and / or two different meanings.
  • this method comprises a simultaneous embodiment of a first network layer on the first magnetoplasmonic element and a second network layer on the second magneto-plasmonic element, said first and second network layers made in selected geometries. to provide a first and a second non-reciprocal index of two different values.
  • variation ranges of the network layer geometry, and optionally layer thicknesses may in a number of cases make it possible to choose operating points that provide specifically interesting values of non-reciprocalities both in terms of absorption and in subscript. It is thus possible to combine non-reciprocal index and absorption effects within one or more given non-reciprocal elements or components, for example among those described above.
  • the invention further proposes a method of non-reciprocal processing of an optical signal, comprising a processing of said optical signal by a component as explained above to produce on said optical signal at least one effect. reciprocal in a specific sense.
  • this method also comprises an inversion of the direction of said effect obtained by an inversion of a magnetic field applied jointly and simultaneously on at least two magneto-plasmonic elements with absorption and / or non-reciprocal index variation having non-reciprocal values and / or different meanings.
  • FIG. 1, FIGURE 1a and FIGURE 1b are non-scale diagrams, seen from above and in section along the direction of propagation, illustrating two examples of non-reciprocal elements made according to the prior art with a layer magneto-optical continues:
  • FIG. 2 and FIG. 3 are non-scale diagrams, each in plan view and in section along the direction of propagation, illustrating two examples of non-reciprocated elements modified by structured network layer according to the invention, in FIG. a first embodiment with structuring of a ferromagnetic layer, respectively;
  • FIG. 2 with a first network configuration providing non-reciprocity with modified values
  • FIG. 3 with a second network configuration providing a non-reciprocal with inverted sense in absorption
  • FIGS. 4 and 5 are graphical visualizations of simulation results representing the variation of the non-reciprocal absorption obtained for an element as illustrated in FIG. 2 and FIG. 3, as a function of the width and the depth of the slots.
  • o for FIGURE 4 with a Bragg resonance grating
  • o for FIGURE 5 with an array shifted with respect to Bragg resonance
  • FIG. 6 is a graphical display of simulation results representing the variation of the non-reciprocal absorption, obtained for an element as illustrated in FIG. 2 and FIG. 3, with a Bragg resonance grating, as a function of FIG. thickness of the spacer layer and the depth of the slots;
  • FIG. 7 is a non-scale diagram in section in the direction of propagation illustrating in more detail the structure of an example of structured network layer modified non-reciprocal element, in the first embodiment of FIG. invention
  • FIGS. 8 and 9 are non-scale diagrams, each in plan view and in section along the direction of propagation, illustrating two examples of non-reciprocated elements modified by structured network layer according to the invention, in FIG. a second embodiment with a structured network layer of non-ferromagnetic metal on a magneto-optical layer of garnet oxide, respectively;
  • FIGURE 8 with a first network configuration providing a non-reciprocity with modified values
  • o for FIGURE 9 with a second network configuration providing non-reciprocity with inverted sense in absorption
  • FIG. 10 and FIG. 11 are non-scale diagrams illustrating two operating states of an example of a component according to the invention providing an optical ring resonator with a forward direction configurable by inversion of a global magnetic field. , and including
  • FIG. 12 is a non-scale diagram of an exemplary component according to the invention producing an optical isolator by ring resonance configurable by inversion of a global magnetic field, and comprising
  • non-reciprocal absorption element modified by structured network layer according to the first configuration, such as that of FIGURE 2 or FIGURE 8, and o on the one hand a non-reciprocal absorption inverted element by network layer structured according to the second configuration such as that of FIGURE 3 or FIGURE 9;
  • FIG. 13 is a graphical display of simulation results representing the variation of the index non-reciprocity, obtained for an element as illustrated in FIG. 7, with a Bragg resonance grating, as a function of the thickness. spacing layer and slot depth;
  • FIG. 14 and FIG. 15 are non-scale diagrams illustrating two operating states of an exemplary component according to the invention providing a single-field, single-field (and configurable flow direction) four-port optical circulator. by inversion of the magnetic field), and comprising two non-reciprocated elements modified by structured network layer in two different configurations arranged to present respective values of non-reciprocity differing from each other by a difference of n / 2 (also true for the three ports);
  • FIG. 16 is a non-scale diagram illustrating another example of a device according to the invention realizing a three-port optical circulator with a single and uniform magnetic field (and with a direction of flow configurable by inversion of the magnetic field), and comprising two non-reciprocated subscript elements modified by network layer structured in two different configurations arranged to present respective values of non-reciprocity differing from each other by a difference of n / 2;
  • FIGURES 17 and 18 are non-scale diagrams illustrating other examples of possible topography possibilities in a component according to the invention, comprising non-reciprocal elements different implanted to perform similar functions vis-à-vis the light signal in optical guide portions of opposite directions:
  • FIG. 18 within a battery of circuits independent of each other.
  • an example of a non-reciprocal element 1 comprises a continuous magneto-optic layer made of a magneto-optical effect material. This magneto-optical layer is superimposed on an optical guide layer, thus forming a determined layer configuration C2 or C3, above a substrate 19.
  • this layer configuration When subjected to a transverse magnetic field M, this layer configuration produces a non-reciprocal absorption resulting in a so-called “continuous” direction SPC, and a sense blocking (or reduced) said "continuous" SBC.
  • FIG. 2 and FIG. 3 represent two examples 2 and 2 'of non-reciprocated elements modified by structured network layer according to the invention, in a first embodiment with structuring of a ferromagnetic magnetic-optical layer.
  • the element 1 with a continuous magneto-optical layer according to the prior art is here considered with a configuration of layers C2 comprising a continuous layer 22C made of a ferromagnetic material, for example an iron-cobalt alloy (FeCo), above a spacer layer 21, for example InP, itself above an optical guide layer 20, for example made of III-V material.
  • a ferromagnetic material for example an iron-cobalt alloy (FeCo)
  • FeCo iron-cobalt alloy
  • spacer layer 21 for example InP
  • an optical guide layer 20 for example made of III-V material.
  • Examples 2 and 2 Compared to this prior art, Examples 2 and 2 'comprise the same configuration of layers C2, possibly with the same thicknesses and transverse dimensions.
  • the ferromagnetic magneto-optical layer 22 differs from that 22C of FIGURE 1a because it is structured in a first lattice configuration of transverse slots, which have a width L22 and a depth E22.
  • This depth E22 can correspond by example to the thickness of the magneto-optical layer 22 when the slots pass through its entire thickness.
  • FIG. 7 shows in greater detail an exemplary structure of a non-reciprocal element by structured network layer, in the first embodiment: layer 22 of iron-cobalt alloy of thickness E22 and structured with slots of width L22 , spacer layer 21, confinement layer 201 on an optical guide layer 20 (which may include the confinement layer), and substrate 19.
  • FIGURE 4 and FIGURE 5 represent the variation of the non-reciprocity in absorption obtained as a function of the width and the depth of the slots, respectively with a grating whose period corresponds to the Bragg resonance or is shifted, and for a structured element as shown in FIGURE 2, FIGURE 3 or FIGURE 7.
  • the color variations represent the variations of the ⁇ value of the non-reciprocity in absorption, that is to say the difference between the absorption in a direction of propagation and the absorption observed in the opposite direction.
  • this non-reciprocity ⁇ is modified by the structuration and according to the geometry of this structuration.
  • this non-reciprocal absorption ⁇ varies in intensity (hue variations) but also in sign. It changes sign while crossing a KZ border, which means that the passing and blocking senses are reversed with respect to each other.
  • the part of the space of the graph to the left of the KZ boundary then represents the space in which the non-reciprocal absorption of a given C2 layer configuration is modified by the structuring, but keeps the same sign (here positive ) with a continuous layer, and therefore the same direction that we will call here meaning "continuous”.
  • the non-reciprocal absorption changes sign (here negative) in the part of the graph located to the right of the KZ border, which gives a passing meaning here called "inverted", which is opposite to the passing direction produced by the configuration with magneto-optical layer continues.
  • FIGURE 1 had a FeCo layer thickness of 80 nm, its non-reciprocity value is represented by the broad point on the ordinate line (for a value not calculated at the time of writing this graph).
  • the first configuration L22 of the element 2 of FIG. 2 gives a modified absorption non-reciprocity but of continuous direction, which can be represented by the square on the line V80 to the left of the boundary KZ, and thus has a passing direction of "continuous" type SPC, because in the same direction as an element 1 which would present the same configuration of layers C2 with a continuous magneto-optical layer 22C.
  • the second configuration L22 'of the element 2' of FIG. 3 gives a non-reciprocity in modified but also inverted absorption, which can be represented by the triangle on the line V80 to the right of the boundary KZ, and thus has a meaning passing type "inverted" SPI with respect to an element 1 which would have the same configuration of layers C2 with a continuous magneto-optical layer 22C.
  • FIGURE 5 further includes a KZ sign change border. It further shows that the modification of the period of the grating with respect to the wavelength of the light signal passing through the optical guide 20 makes it possible to obtain different or even higher values or "exalted" values for the non-reciprocal absorption. By positioning on the Bragg resonance or shifted with respect to it, we obtain an additional geometry variable and thus an additional degree of freedom to obtain a determined non-reciprocity value.
  • the non-reciprocity in absorption also varies as a function of the thickness of the spacer layer 21, including for the same thickness E22 of the magneto-optical layer 22, and in proportions that can to be important.
  • FIGURE 8 A second embodiment of a non-reciprocal magneto-plasmonic element is illustrated in FIGURE 8 and FIGURE 9.
  • the element 1 with a continuous magneto-optical layer according to the prior art is this time considered with a configuration of layers C3 comprising a continuous layer 33C of a non-ferromagnetic metal for example gold, superimposed directly on a continuous layer 32C in a non-ferromagnetic magneto-optical material, for example a garnet oxide, itself above an optical guide layer 20, for example made of silica , and for example without a spacer layer.
  • a non-ferromagnetic metal for example gold
  • Examples 3 and 3 comprise the same configuration of layers C3, possibly with the same thicknesses and transverse dimensions.
  • the element 3 differs from that of FIGURE 1b because its magneto-optical layer 32 is covered with a conductive patterning formed by a metal layer 33 having a first transverse slot network configuration, which have a width L33 and a depth E33.
  • This depth E33 can correspond for example to the thickness of the metal layer 33 when the slots pass through its entire thickness.
  • the geometry of this network 33 can be configured to provide a modified absorption non-reciprocity and has a passing sense. of "continuous" type SPC, because in the same direction as the element 1 which would have the same configuration of layers C3 with its magneto-optical layer 32 without adjunct structuring.
  • the element 3 ' differs from that of FIGURE 1 because its magneto-optical layer 32 is covered with a metal layer 33' having a second configuration of network of transverse slots (different from the first network configuration), which have a width L33 'and a depth E33.
  • the geometry of this grating 33 ' can also be configured to provide a modified absorption non-reciprocity and which furthermore has an SPI "inverted" direction relative to an element. 1 which would have the same configuration of layers C3 with its magneto-optical layer 32 without adjunct structuring.
  • garnet layer 32 could also be used as an optical guide, in place of or in addition to the layer 30.
  • This second embodiment can be used in a similar way to the first embodiment, for example in the same types of components.
  • non-reciprocal elements made according to these two embodiments may be combined within the same component, for example such as those described herein.
  • FIGURE 10 and FIGURE 11 show an example of a component using a plurality of non-reciprocal NPA1 and NPA3 magneto-plasmonic elements, used here in absorption to provide a ring optical isolator, with or without a resonance effect.
  • This component 5 comprises a substantially straight linear optical circuit with two ends 51 and 52, between which it is coupled by a coupler C5 with a linear optical ring 53.
  • Two non-reciprocal magneto-plasmonic elements NPA1 and NPA3 are placed in two substantially parallel and diametrically opposite positions on the ring optical circuit 53. These two elements NPA1 and NPA3 are subjected to the same magnetic field M51.
  • the two non-reciprocal magneto-plasmonic elements NPA1 and NPA3 are chosen and arranged in such a way as to have inverted passing directions with respect to each other. For example :
  • one NPA1 of the two is a unitary element with continuous layer and continuous direction SPC, similar to element 1 of FIG. 1, or a modified network element with a non-reciprocating but continuous on-going element. Similar to element 2 of FIGURE 2; and
  • the other NPA3 is a unitary element with non-reciprocal absorption in structured network layer inverted absorption according to the second configuration and producing an inverted forward direction SPI, similar to the element 2 'of FIG. 3.
  • FIGURE 12 is illustrated a similar example of component 6 providing a ring optical isolator with or without resonance, similar to that of FIGURE 10 and FIGURE 11, and which will only be described in its differences.
  • the continuous type unitary element NPA1 has been replaced by an NPA2 non-reciprocal element in structured network layer-modified absorption according to the first configuration and also providing a "continuous" type SPC passing direction, similar to element 2 of FIGURE 2.
  • the passing directions are the same as in the isolator 5 of FIG. 10 and FIG. 11, but the use of a NPA2 element modified by continuous type structuring makes it possible to obtain an absorption non-reciprocity of a chosen value. with greater freedom, for example greater, which gives more flexibility in the design and can allow better performance, for example in weakening in the blocking direction SB61 and / or in compactness.
  • the structured network layer modification also brings about variations in the non-reciprocity observed in terms of index in the optical guide.
  • FIG. 13 thus represents the variation of the ⁇ values of the index non-reciprocity as a function of the thickness of the spacer layer 21 and the depth of the slots E22.
  • the values of ⁇ show a continuous increase when the thickness E22 of the magneto-optical layer (here FeCo) increases. This increase continues until reaching at least a value of the order of 6.10 "3 in a so-called exaltation zone ZE, for a thickness of FeCo D22 between 110 and 130 nm and a spacer layer thickness of 21 between 40 and 60nm.
  • the network structuring thus makes it possible to obtain values much higher than in an element 1 with a continuous magneto-optical layer 22C and without a grating, as known in the state of the art, for which these values of ⁇ tend to cap as soon as the thickness of this magneto-optical layer approaches 100 nm and does not present this zone of exaltation.
  • the invention makes it easier to choose the index non-reciprocity value that one wishes to obtain, by adjusting the geometry and the period of the network layer 22, and / or the thicknesses of the magneto-optical layers. 22 and spacing 21.
  • This value can additionally be chosen in a wider range of value.
  • a non-reciprocal phase shifter function is performed by two identical elements using a first-order magneto-optical effect, each arranged in a branch.
  • These two magneto-optical elements are subjected to two different magnetic fields, parallel directions and opposite directions, which presents significant constraints in terms of congestion: it is indeed difficult or impossible to produce two different fields in very close places, and therefore to integrate such a device on a very small area, for example within a single photonic chip.
  • FIGURE 14 and FIGURE 15 illustrate two operating states of an exemplary device 8 utilizing the invention to provide a four port optical circulator providing similar results.
  • This device 8 comprises firstly a first optical circuit 81 interconnecting two ports p1 and p3, and secondly a second optical circuit 82 interconnecting two ports p2 and p4.
  • the two optical circuits 81 and 82 are coupled by a first directional coupler DC1, then separate into a first branch B1 and a second branch B2 respectively, and are then coupled again by a second directional coupler DC2 before arriving at the two right ports p3 and p4.
  • the two branches are arranged to form a reciprocal Phase Shifter, here by a second branch B2 which has a greater length than the first branch B1.
  • the optical circuit 81 and 82 passes through a non-reciprocal Phase Shifter (NPS1) and NPS2 respectively.
  • NPS1 non-reciprocal Phase Shifter
  • These two nonreciprocal phase modifiers are made in the form of two magneto-plasmonic non-reciprocated elements modified by structured network layer according to the invention, for example as described above. They are arranged to present two reciprocations ⁇ and ⁇ 2 of different values, so as to produce two offset values which differ from each other by n / 2, when they are subjected to the same field 8 M81.
  • these different values can be obtained preferably using the same layer configuration, and by dimensioning their respective network layers so that they present two reciprocations ⁇ and ⁇ 2 of different values.
  • These two elements NPS1 and NPS2 may both be elements reciprocity modified by structuring to present different structures, or only one of them.
  • these different values could also be obtained by producing different lengths by using different layer thicknesses between the two elements NPS1 and NPS2, for example different thicknesses of different magneto-optical layers or spacing layers, since the network layer allows these thickness parameters to produce more non-reciprocal variations ⁇ than with a continuous layer.
  • a light signal 89 entering a port passes through a coupler DC1 and then distributes in the two branches B1, B2.
  • the signals from the two branches then undergo interference in the other DC2 coupler. These interferences add up to produce a resulting signal 89 'in a single p4 of the two ports connected to this coupler, and cancel each other out to produce a weak or nonexistent signal in the other p3 of these ports.
  • phase changes and non-reciprocal index can be chosen as follows:
  • DC1 and DC2 couplers n / 2
  • the two non-reciprocal elements NPS1 and NPS2 are subjected to the same magnetic field M81 or M82 at each instant, it is therefore possible to position them very close to one another, for example on the same photonic or hybrid integrated circuit. . It is thus possible to achieve a deeper integration, easier and more flexible to the simple within one or more integrated circuits.
  • FIG. 16 illustrates another exemplary device of an exemplary device 9 producing a three-port optical circulator, providing results similar to that achieved with two separate magnetic fields in the same publication of the prior art.
  • the two branches B1 and B2 are equal and the two circuits 91 and 92 merge to the right in a single port p3 via a multimode interferometer MMI.
  • This device thus provides a flow (full white arrows) of each port to its neighbor, in a reversible manner, while using a single magnetic field M91 for the two non-reciprocal elements NPS1 and NPS2.
  • the fact of using the same magnetic field for these two elements reduces the complexity of the device. It also makes it possible to bring these two elements much closer to one another, for example on the same integrated circuit, and thus makes it possible in particular to be simpler and to have a much better compactness.
  • FIGURE 17 and FIGURE 18 illustrate further examples of possible topography possibilities.
  • the same magnetic field M bathes the whole of an optical circuit 17, that is to say in a continuous manner.
  • This circuit is for example realized, in an integrated manner on a same substrate.
  • a functional group 171 uses two non-reciprocal elements index different from each other NPS1 and NPS2 to perform two different actions on two parallel branches of the circuit where the signal propagates in the same direction, from left to right as indicated by the arrows.
  • functional groups 172 and 173 each use a non-reciprocal element with absorption NPA 2 and NPA 3 respectively, of non-reciprocity different from each other, on circuit portions where the signal propagates in opposite directions: one 172 to go to an output port p2 located on and directed to the right of the component, and the other 173 to go to an output port p3 located and directed to the left component.
  • the element NPA3 of the group 173 can be arranged so that its action is the same with respect to the signal as that of the element and NPA2 of the group 172, while the direction of flow of the signal is opposite to the magnetic field M common.
  • another functional group 174 uses two non-reciprocal elements with index different from one another NPS2 and NPS1 to perform two different actions on two parallel branches of the circuit where the signal propagates in the same direction, in a direction opposite to the group 171 vis-à-vis the magnetic field M, from right to left as indicated by the arrows, to emerge by a port p4 located on the same side as the entry pl.
  • the NPS2 and NPS1 elements of the group 174 may be arranged so that its action is the same with respect to the signal as that of the input group 171, while the direction of flow of the signal is opposite to the magnetic field M common.
  • FIG. 18 illustrates a possibility of topography 18 making it possible to produce on a small surface a large number of different circuits, repetitive or otherwise, here a battery of independent circuits 181 to 186 of alternating directions.
  • Each of these circuits comprises for example an optical guide 180 which passes through a functional block 189 and a nonreciprocal element different according to the direction of propagation of the signal in the guide, represented by the arrows.
  • the first circuits 181, 183, 185 going from left to right use a non-reciprocal element of a first type NPA2, which produces a determined action on the signal.
  • the second circuits 182, 184, 186 going from right to left use a non-reciprocal element of a second type NPA1, which can be chosen to produce on the signal the same action as the first type NPA1 in the first circuits, while being bathed by the same magnetic field M.
  • non-reciprocal elements may be used and / or combined, and for example:
  • non-reciprocated unit elements modified by structuring, for example with different non-reciprocity values in absorption and / or index, or even with different signs of non-reciprocal absorption, with the same advantages of ranges of performance, of relative flexibility of adjustment of the unitary elements to each other, and allowing a deeper, easier and more flexible integration to the simple within one or more circuits integrated.
  • the different geometry variables for example slit width, network thickness and period, and / or spacing layer thickness
  • the resulting degrees of freedom of design may be associated with one another according to all of their combination, to allow one or more non-reciprocal unit elements to be dimensioned as a function of a desired non-reciprocity value for each of them, and / or a desired non-reciprocal difference between several between them.

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Abstract

La présente invention concerne un élément magnéto-plasmonique (2) utilisant une combinaison de couches incluant un guide optique (20) et une couche magnéto-optique (22) pour produire un effet non-réciproque sous l'effet d'un champ magnétique (M) 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.

Description

« 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 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 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 connaît des structures magnéto-plasmoniques dites non réciproques, utilisées pour guider un signal lumineux dans une direction 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 induit une modification de phase du signal, et le coefficient d'absorption provoque une baisse de la puissance du signal.
Lorsqu'elle est soumise à une aimantation transverse perpendiculaire à la direction de propagation, une telle 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.
II 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 AIGalnAs/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. 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 œuvre. 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 magnéto- plasmonique 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. 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 succession des différentes couches formant la structure magnéto-plasmonique. 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 (GalnAsP, GalnAlAs) 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 (Δα) et/ou en indice (Δβ), 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 (Δα) présentent, 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 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 infrarouge (l,3pm-l,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)Fe50i2
Bi :YIG selon la formule : BixY(3-X)Fe50i2
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 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- 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 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.
Il est ainsi possible de réaliser un composant dans lequel plusieurs éléments non réciproques, réalisés par les mêmes processus de fabrication, peuvent produire des effets optiques différents tout en étant soumis à un champ magnétique commun. Ainsi, il devient possible de réaliser de tels éléments très proches les uns des autres sans avoir besoin de les soumettre à des champs magnétiques différents, et par exemple avec des distances entre eux très faibles de l'ordre de celle d'un circuit imprimé voire d'un circuit intégré.
Selon une particularité, un tel composant peut comprendre au moins deux éléments non réciproques dans une même zone de champ magnétique, disposés dans des portions de guide optique orientées dans le même sens, par exemple dans des directions approximativement ou exactement parallèles entre elles, et qui sont agencés pour fournir des non-réciprocités différentes par rapport à l'axe de propagation de la lumière à l'intérieur de ces portions de guide optique.
Il est ainsi possible de réaliser plusieurs fonctions différentes pour un même sens de propagation, par exemple sur un même guide optique ou sur des portions parallèles entre elles et parcourues dans le même sens. Selon une autre particularité, alternativement ou en combinaison, un tel composant peut aussi comprendre au moins deux éléments non réciproques dans une même zone de champ magnétique, qui sont disposés dans des portions de guide optique orientées dans en sens contraire l'une de l'autre, par exemple dans des directions approximativement ou exactement parallèles entre elles, et qui sont agencés pour fournir des non-réciprocités similaires par rapport à l'axe de propagation de la lumière à l'intérieur de ces portions de guide optique.
Ainsi, il est aussi possible de réaliser plusieurs fonctions similaires ou identiques pour des sens de propagation différents, par exemple sur une portion de guide optique formant une boucle ou un retour, ou sur des portions parallèles entre elles et parcourues dans des sens différents ou opposés.
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 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 ».
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 œuvre 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 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 œuvre 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).
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 magnéto- plasmonique 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 magnéto- plasmonique 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.
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. Liste des figures
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre 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, 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 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 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 ;
- les FIGURE 17 et FIGURE 18 sont des schémas non à l'échelle illustrant d'autres exemples de possibilités de topographies possibles dans un composant selon l'invention, comportant des éléments non réciproques différents implantés pour réaliser des fonctions similaires vis-à-vis du signal lumineux dans des portions de guide optique de sens opposés :
o FIGURE 17 : au sein d'un circuit optique complexe, et o FIGURE 18 : au sein d'une batterie de circuits indépendants les uns des autres.
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.
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 Δα 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 Δα est la différence des parties imaginaires de la grandeur complexe qui représente la non-réciprocité globale « k », dans une direction « x », entre deux sens opposés « g » et « -g », soit : Aa = A3[k] = 2(3kx(g) - 3kx(-g)) .
Sur les FIGURE 4 et FIGURE 5, on voit que la valeur de cette non- réciprocité Δα est modifiée par la structuration et en fonction de la géométrie de cette structuration. En outre, on voit que cette non-réciprocité en absorption Δα 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 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 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 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 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, 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.
En FIGURE 8, l'élément 3 diffère de celui de la FIGURE lb 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 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 NPAl 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.
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.
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 Δβ 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 Δβ 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 : Αβ = Δ¾[£] = 2(9 X (g) - 9 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 Δβ 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 Δβ tendent à plafonner dès que l'épaisseur de cette couche magnéto-optique approche de lOOnm 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 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 pl 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 pl et p2, les deux circuits optiques 81 et 82 sont couplés par un premier coupleur directionnel DC1, puis se séparent en une première branche Bl 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 Bl .
Au sein de chacune des deux branches Bl et B2, le circuit optique 81 et 82 traverse un modificateur de phase non réciproque (Non Reciprocal Phase Shifter) NPSl et respectivement NPS2.
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 Δβΐ et Δβ2 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 NPSl 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 Δβΐ et Δβ2 de valeurs différentes. Ces deux éléments NPSl 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 NPSl 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 Δβ plus étendues qu'avec une couche continue.
Un signal lumineux 89 entrant dans un port, par exemple pl, traverse un coupleur DC1 puis se répartit dans les deux branches Bl, 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 Bl et B2 : n/2
NPSl : n/2
NPS2 : 3n/2
Dans le cas d'une utilisation d'une couche réseau FeCo d'épaisseurs différentes entre les deux éléments structurés NPSl 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 :
NPSl : réseau de période= 150nm, spacer=40nm, épaisseur FeCo = 120nm on obtient environ Δβ1 = ô. lO^pm"1 (en valeur absolue)
NPS2 : réseau de période= 150nm, spacer=40nm, épaisseur FeCo=80nm
on obtient environ Δβ2= 2.10"3pm"1 (en valeur absolue)
à partir du décalage de phase : Δφ=Δβ. Ι_ (où L est la longueur de propagation affectée), en choisissant par exemple L=785pm on obtient : Δφ1 = 3n/2 et Δφ2 = π/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 :
Figure imgf000029_0001
On voit que les sens de circulation (flèches blanches pleines) obtenus entre les ports sont alors deux circuits croisés si, s2 de la gauche vers la droite, et deux circuits parallèles s3, s4 de la droite vers la gauche. Ainsi 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 Bl 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 NPSl 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.
Autres exemples de composants
Les FIGURE 17 et FIGURE 18 illustrent d'autres exemples de possibilités de topographies possibles.
En FIGURE 17, un même champ magnétique M (par exemple de même source, baigne l'ensemble d'un circuit optique 17, c'est-à-dire de façon continue. Ce circuit est par exemple réalisé, de façon intégrée sur un même substrat.
Sur un signal lumineux injecté dans une entrée pl ; à titre d'exemple, un groupe fonctionnel 171 utilise deux éléments non réciproques en indice différents l'un de l'autre NPSl et NPS2 pour réaliser deux actions différentes sur deux branches parallèles du circuit où le signal se propage dans le même sens, de gauche à droite comme indiqué par les flèches.
Dans deux autres parties du circuit, à titre d'exemple, des groupes fonctionnels 172 et 173 utilisent chacun un élément non réciproque en absorption NPA2 et respectivement NPA3, de non réciprocité différente l'un de l'autre, sur des portions de circuit où le signal se propage dans des sens opposés : l'un 172 pour aller vers un port de sortie p2 situé sur et dirigé vers la droite du composant, et l'autre 173 pour aller vers un port de sortie p3 situé et dirigé vers la gauche du composant. L'élément NPA3 du groupe 173 peut être agencé pour que son action soit la même par rapport au signal que celle de l'élément et NPA2 du groupe 172, alors que le sens de circulation du signal y est opposé par rapport au champ magnétique M commun.
Dans encore une autre partie du circuit, à titre d'exemple, un autre groupe fonctionnel 174 utilise deux éléments non réciproques en indice différents l'un de l'autre NPS2 et NPSl pour réaliser deux actions différentes sur deux branches parallèles du circuit où le signal se propage dans le même sens, dans un sens opposé par rapport au groupe 171 vis-à-vis du champ magnétique M, soit de droite à gauche comme indiqué par les flèches, pour ressortir par un port p4 situé du même côté que l'entrée pl . Les éléments NPS2 et NPS1 du groupe 174 peuvent être agencés pour que son action soit la même par rapport au signal que celle du groupe d'entrée 171, alors que le sens de circulation du signal y est opposé par rapport au champ magnétique M commun.
De façon similaire, la FIGURE 18 illustre une possibilité de topographie 18 permettant de réaliser sur une petite surface un grand nombre de circuits différents, répétitifs ou non, ici une batterie de circuits indépendants 181 à 186 de sens alternés. Chacun de ces circuits comprend par exemple un guide optique 180 qui traverse un bloc fonctionnel 189 et un élément non réciproque différent selon le sens de propagation du signal dans le guide, représenté par les flèches. Les premiers circuits 181, 183, 185 allant de gauche à droite utilisent un élément non réciproque d'un premier type NPA2, qui produit une action déterminée sur le signal . Les deuxièmes circuits 182, 184, 186 allant de droite à gauche utilisent un élément non réciproque d'un deuxième type NPA1, qui peut être choisi pour produire sur le signal la même action que le premier type NPA1 dans les premiers circuits, tout en étant baigné par le même champ magnétique M .
On voit qu'il est ainsi possible de réaliser des composants comprenant des circuits très compacts, par exemple sur un même substrat, tout en disposant de plus de liberté de placement et de routage du circuit, tout en conservant des processus de fabrication unifiés, par exemple en ne changeant que les dimensions des réseaux utilisés sur les masques de gravure pour les différents éléments non réciproques.
Selon les besoins, différentes versions d'éléments à non réciprocité peuvent être utilisés et/ou combinés, et par exemple :
- élément non réciproque à couche continue avec élément à non réciprocité modifiée, inversée ou non ;
- deux éléments à non réciprocité non inversée, mais modifiées de façons différentes l'une de l'autre ;
- élément à non réciprocité modifiée non inversée avec élément à non réciprocité modifiée inversée ; - deux éléments à non réciprocité inversée, et modifiées de façons différentes l'une de l'autre.
Ces différentes possibilités, d'éléments et de circuits, peuvent tout à fait être combinées entre elles au sein d'un même composant, par exemple sur un ou plusieurs substrats, avec une ou plusieurs zones de champs magnétiques chacune commune à plusieurs éléments non réciproques différents entre eux.
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 et plus souple au 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 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

REVENDICATIONS
1. Composant optique (5, 6 ; respectivement 8, 9) comprenant au moins un premier élément (NPA1 ; respectivement NPS1) magnéto-plasmonique non réciproque (1, 2, 3, NPA1, NPA2, NPS1) du type comprenant une configuration de couches (C2, C3), dite configuration à non réciprocité, incluant une ou plusieurs couches (20, 21, 22 ; 30, 32, 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, M51, M81, M91) 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 (SPC) et un sens de propagation optique de plus forte absorption et/ou de plus fort indice dit sens bloquant (SBC), formant ainsi une première non réciprocité (SPC, Δβΐ),
caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième élément magnéto-plasmonique (NPA3, NPS2) non réciproque dit à non- réciprocité modifiée par structuration, qui comprend la même configuration (C2, C3) de couches et qui 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') ou qui est superposée (33') à elle (32) ; et dans lequel la géométrie dudit réseau (22, 22', 33, 33') présente des valeurs choisies de façon à ce qu'il présente, en absorption et/ou en indice, sous un champ magnétique (M51, M81) de même direction et de même sens, une deuxième non-réciprocité (SPI, Δβ2) différente de ladite première non-réciprocité (SPC, Δβΐ).
2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la géométrie du réseau (22, 22', 33, 33') d'au moins un des éléments non réciproque (2, 3) 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 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. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la géométrie du réseau (22', 33') d'au moins un des éléments non réciproque (2', 3') 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. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique (22, 22') d'au moins un des éléments non réciproque (2, 2') est en un matériau ferromagnétique et est structurée pour réaliser la couche réseau ; notamment en Fer-Cobalt.
5. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche magnéto-optique (32) d'au moins un des éléments non réciproque 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. Composant optique (5, 6 ; respectivement 8, 9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier (NPA1, NPS1) et deuxième (NPA3, NPS2) éléments magnéto- plasmoniques non réciproques coopèrent 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, Bl, B2, MM1, 82 ; ou 91, DC1, Bl, B2, MMI).
7. Composant (5, 6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 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. Composant (5, 6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce le premier élément (NPA1) magnéto-plasmonique à absorption non réciproque et le deuxième élément (NPA2) magnéto-plasmonique 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.
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. Composant (8, 9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premier (NPS1) et deuxième (NPS2) éléments non réciproques présentent deux valeurs différentes (Δβΐ, Δβ2) de non- réciprocité en indice et sont agencés en parallèle sur deux branches (Bl, B2) qui coopèrent par couplage (DCl, 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. 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 (Bl, B2) coopérant entre elles à leurs extrémités par couplage (DCl, DC2) ou interférométrie (MMI) pour desservir au moins trois ports optiques (pl, 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 (Δβΐ, Δβ2), 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 (pl) 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 (pl) ;
réalisant ainsi un circulateur (8, 9) non réciproque à au moins trois ports.
12. 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 semi-conducteur.
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. 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 (Δα) et/ou d'un sens (SPC, SPI) déterminé.
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 (Δβΐ) déterminée.
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. 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.
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, Δβΐ) de l'autre (SPI, Δβ2).
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 magnéto- plasmonique (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 (Δα ΐ, Δα2) et/ou de deux sens différents (SPC, SPI).
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 (Δβΐ, Δβ2).
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 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 (Δβΐ, Δβ2) différents.
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