Unidirectional band gaps in uniformly magnetized two-dimensional magnetophotonic crystals

By exploiting the concepts of magnetic group theory we show how unidirectional behavior can be obtained in two-dimensional magneto-photonic crystals (MOPhC) with uniform magnetization. This group theory approach generalizes all previous investigations of one-way MOPhCs including those based on the use of antiparallel magnetic domains in the elementary crystal cell. Here, the theoretical approach is illustrated for one MOPhC example where unidirectional behavior is obtained by appropriately lowering the geometrical symmetry of the elementary motifs. One-way transmission is numerically demonstrated for a photonic crystal slice.Comment: 4 pages, 3 figures, submitted to Phys. Rev. Let

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

Les dispositifs non-réciproques tels que l'isolateur ou le circulateur optique sont des éléments clés de l'intégration photonique. Du fait de l'absence de ces fonctions en version intégrée, l'insertion de sources laser ou d'amplificateurs dans un circuit photonique nécessite de respecter des compromis entre puissance émise et éventuels retours optiques dus aux autres éléments (passifs ou actifs) présents sur le chemin optique. La disponibilité d'une structure d'isolateur fonctionnant en optique guidée devrait assouplir les contraintes de conception et permettre d'augmenter le degré d'intégration d'un circuit photonique. Le principe de fonctionnement de ces structures non-réciproques le mieux adapté à l'optique guidée est basé sur l'effet Magnéto-Optique Kerr (MOKE) transverse, généré par réflexion sur des matériaux oxydes magnétiques tels que les grenats, ou sur des métaux ferromagnétiques tels que le FeCo. L'avantage des grenats magnéto-optiques (MO) est leur transparence aux longueurs d'onde des télécoms. En revanche leur effet MO est de faible intensité et les composants basés sur ces matériaux sont actuellement de plusieurs millimètres de long. Pour cette raison nous nous sommes intéressés à une structure de cavité en anneaux, résonnante et compacte en grenat de Bismuth et Fer (BIG). En parallèle l'isolateur à base d'un guide d'onde en multicouche semiconductrice et le réseau en FeCo a été étudiée. Nous avons considéré simultanément les aspects de conception et de fabrication de ces composants afin d'obtenir le meilleur compromis entre performance et technologie. Dans ce travail nous présentons une première conception et réalisation du circulateur en anneaux et de l'isolateur en guide avec le réseau ferromagnétique.Non-reciprocal functions like optical isolation or circulation are expected to significantly increase the integratio capabilities and the number of integrated elements in photonic circuits. For example, the use of such functions in optical circuits allows inserting emitting sources like laser or amplifiers without risk of performance degradation due to internai feedback. For integrated optic, the most promising isolator or circulator principle consists in using transverse magneto-optical Kerr effect (MOKE), in garnet based devices or in ferromagnetic metal based semiconductor amplifier. Garnet based waveguide presents the advantage of low optical losses at telecom wavelength. But the relatively low magneto-optical strength has led to large devices like a several millimetres long interferometer. Here we have focused our work on resonant circulator in order to obtain non-reciprocal behaviour in a compact cavity and in parallel we have studied the semiconductor waveguide with FeCo Bragg grating. We have simultaneously considered device design and fabrication in order to establish the best compromise between performance and technology.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Procédé de réalisation d'un cristal magneto-photonique et composant comprenant un tel cristal

Classification internationale : C30B33/00; C30B33/08; G02F1/095L'invention concerne un procédé de réalisation d'un cristal magnéto-photonique (100) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - réalisation d'un cristal photonique dans une première couche (102), - réalisation d'un cristal magnéto-optique dans une deuxième couche (104) séparée de ladite première couche (102). Elle concerne également un cristal magnéto-photonique réalisé conformément au procédé selon l'invention et dans lequel le cristal photonique est séparé du cristal magnéto-optique. Le procédé permet l'auto alignement du cristal photonique et du cristal magnéto-optique

Magnetic properties of the magnetophotonic crystal based on bismuth iron garnet

International audienceThis article reports on the magnetism of continuous and patterned bismuth iron garnet (Bi3Fe5O12 or BIG) thin films for magnetophotonic crystal (MPC) applications. The exact knowledge of the magnetic properties is crucial for the design of fully functional MPC. BIG thin films were grown on several types of isostructural substrates by pulsed laser deposition. The growth conditions and bismuth transfer were optimized to obtain good quality magneto-optically active films compatible with nanostructuring process. MPC were successfully fabricated from BIG/GGG(001) films with low roughness and high Faraday rotation. Magnetic characteristics (magnetization, anisotropy, magnetic domains, magnetization reversal) of the continuous BIG films and MPC were extensively studied and compared to the results of the micromagnetic simulations performed for MPC with different anisotropy. The present study shows that the fabrication of the MPC structure lowers the magnetocrystalline and uniaxial in-plane anisotropies and induces a partial out-of-plane magnetization. External field smaller than 2000 G is sufficient to ensure the out-of-plane saturation of magnetization for optimum device operation, in agreement with micromagnetic calculations. The experimentally determined magnetic properties of MPC are fully compatible with the device operation. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4764345