Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article E1962 intitulé « Application de la magnéto-optique» paru en 1997, rédigé par Jean-Paul CASTÉRA.
RÉSUMÉ
Cet article présente tout d’abord les spécificités et avantages de la magnéto-optique, ainsi que ses nombreuses applications. Les dispositifs magnéto-optiques utilisés les plus couramment (isolateurs, circulateurs, modulateurs, déflecteurs, pour l’imagerie…) sont décrits. Les progrès en nanosciences (nano-optique, nano-magnétisme, nanomatériaux et nano-structuration) doivent permettre l’intégration de nombreuses fonctions dans des dispositifs miniaturisés reposant sur des disciplines émergentes : la magnéto-photonique et la magnéto-plasmonique. De nouvelles opportunités sont aussi ouvertes en microscopie magnéto-optique appliquée aux sciences des matériaux et à l’étude de systèmes magnétiques nanostructurés destinés, en particulier, à l’électronique de spin.
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In this article the specificities and advantages of magneto-optics are first stated, justifying their use for applications in many areas. The most usual magneto-optical devices (isolators, circulators, modulators, deflectors, for imaging…) are described. The nano-science outburst (in nano-optics, nano-magnetism, nano-materials and nano-patterning) might allow the integration of many functions in miniaturized devices through emergent disciplines, the magneto-photonics and magneto-plasmonics. New opportunities are also opened in magneto-optical microscopy in material science, and for studying magnetic nanostructured systems, especially devoted to spin electronics.
Auteur(s)
-
Jacques FERRE : Ingénieur ESPCI, Directeur de Recherche Émérite au CNRS Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Université Paris-Sud-Saclay, Orsay, France
INTRODUCTION
L’interaction entre une onde optique et un milieu magnétique conduit à une grande diversité d’effets mentionnés dans l’article [E1960] consacré aux effets et matériaux magnéto-optiques. Les effets Faraday et Kerr magnéto-optiques sont couramment utilisés pour effectuer des mesures vectorielles très sensibles de l’aimantation et pour réaliser des observations microscopiques en magnétisme. Grâce à leur résolution spatiale et temporelle exceptionnelles, elles permettent une imagerie dynamique des domaines magnétiques. Désormais, ces techniques sont couramment employées pour tester des dispositifs, en particulier ceux qui relèvent de l’électronique de spin.
Les applications de la magnéto-optique couvrent de nombreux domaines : télécommunications optiques, stockage de l’information, mémoires, visualisation et capteurs. Ainsi, l’utilisation de dispositifs non réciproques miniaturisés, tels que les isolateurs ou les circulateurs, permettent, par analogie avec les systèmes hyperfréquences guidés [E 3330] [E 3331] [E 3336] de remplir de nouvelles fonctions reposant sur des liaisons optiques.
La conception et la miniaturisation des dispositifs proposés ont évolué rapidement grâce aux progrès réalisés dans le secteur des lasers et des moyens informatiques. Elles ont bénéficié de l’émergence et de la maîtrise de nouveaux matériaux artificiels comme les structures en couches ultra-minces, les nanostructures magnétiques et les cristaux magnéto-photoniques. La magnéto-optique intéresse aussi le secteur du contrôle non destructif et s’avère être un outil d’investigation très puissant en physique des solides.
Pour le stockage des données, après des recherches intensives menées sur les mémoires adressables et réinscriptibles par balayage optique, le disque magnéto-optique s’est imposé sur plusieurs créneaux de la péri-informatique et de l’audio grand public.
La rotation Faraday dans les grenats ferrimagnétiques a également été exploitée dans des écrans de visualisation ou pour réaliser des modulateurs de lumière pour imprimantes. Les effets magnéto-optiques dans les fibres optiques ou dans les grenats ferrimagnétiques ont été mis à profit pour la mesure des courants forts et en magnétométrie.
Ces techniques magnéto-optiques seront de plus en plus exploitées au niveau industriel, compte tenu des progrès réalisés pour miniaturiser les dispositifs et de la course à la rapidité de lecture d’informations.
Dans cet article, les spécificités et avantages de la magnéto-optique sont d’abord précisés, justifiant l’intérêt de cette discipline dans de nombreux secteurs. Les dispositifs magnéto-optiques les plus courants (isolateurs, circulateurs, modulateurs, déflecteurs, pour l’imagerie…) sont ensuite décrits, puis les apports incontournables de deux disciplines récentes, la magnéto-photonique et la magnéto-plasmonique sont discutés dans le but de concevoir et de réaliser des dispositifs magnéto-optiques.
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KEYWORDS
optics | sensors | electronics | magneto-optics | devices | memories
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1997 par Jean-Paul CASTÉRA
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Conclusion
En anglais
9. Interactions ondes optiques – ondes magnétostatiques en magnéto-optique intégrée
Les Ondes Magnétostatiques (OM) sont des perturbations magnétiques qui se propagent en hyperfréquences dans des matériaux ferrimagnétiques soumis à un champ magnétique, avec des longueurs d’onde comprises entre 1 μm et 1 cm . Une onde magnétostatique se propageant dans une couche mince de grenat ferrimagnétique génère une variation périodique des éléments non diagonaux du tenseur de permittivité optique. Un faisceau se propageant en optique intégrée dans cette même couche de grenat peut être diffracté par ce réseau périodique de rotation de polarisation.
-
Suivant l’orientation du champ magnétique appliqué, on distingue trois modes principaux de propagation des ondes magnétostatiques :
-
les ondes magnétostatiques de surface sont excitées quand le champ magnétique est appliqué dans le plan de la couche, parallèlement aux transducteurs d’émission-réception ;
-
les ondes magnétostatiques de volume dites backward correspondent à un champ appliqué également dans le plan de la couche, mais selon une direction perpendiculaire à celle des transducteurs ;
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les ondes magnétostatiques de volume dites forward, dont la propagation dans le plan de la couche est isotrope, sont excitées quand le champ magnétique est appliqué perpendiculairement au plan de la couche. L’excitation des ondes magnétostatiques est effectuée à l’aide d’antennes micro-rubans. Par l’intermédiaire de l’interaction magnéto-optique entre la lumière et la composante hyperfréquence de l’aimantation, les modes de lumière guidée de type TE et TM qui interagissent avec les ondes magnétostatiques échangent périodiquement de l’énergie selon un processus décrit par la théorie des modes couplés quand les égalités suivantes sont satisfaites :
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