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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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3. Modulateur
Le schéma d’un modulateur magnéto-optique est représenté en figure 8. Un champ magnétique constant H dc (quelques centaines d’Oe) est appliqué perpendiculairement à la direction de propagation de la lumière. Parallèlement à cette direction de propagation, un champ magnétique variable H rf (quelques dizaines d’Oe à basse fréquence ; de l’ordre de l’Oe en hyperfréquences) module l’aimantation d’un angle ± θ et génère une composante d’aimantation modulée dans le temps. Par rotation Faraday, cette variation est ensuite convertie en modulation d’amplitude à l’aide d’un analyseur.
Les modulateurs magnéto-optiques basses fréquences (< 1 MHz) utilisent, suivant la longueur d’onde, des verres diamagnétiques ou paramagnétiques, ou encore certains grenats pour les applications dans le domaine infrarouge . La modulation à haute fréquence avec des bandes passantes allant jusqu’à 300 MHz est possible avec des modulateurs en couche mince utilisant des ondes optiques guidées.
La modulation magnéto-optique de la lumière en hyperfréquences en présence de résonance magnétique fut proposée et démontrée très tôt. Dans les guides d’onde en couche mince de grenats magnéto-optiques, dans lesquels des angles de précession de l’aimantation très importants peuvent être obtenus, la résonance ferrimagnétique induit une conversion dynamique des modes optiques à travers les effets Faraday, Cotton-Mouton, ou simultanément les deux. Les fréquences de modulation se situent dans le domaine du GHz et peuvent être accordées à l’aide d’un champ magnétique externe. Pour obtenir un taux de modulation important, il est nécessaire que les modes couplés soient adaptés en phase. L’emploi de l’effet Kerr n’est pas très attractif en raison de la faible modulation d’indice obtenue après réflexion sur une seule couche de matériau ferromagnétique. Mais, une configuration astucieuse représentée figure 9 peut considérablement augmenter cet effet ...
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