Un article publié dans Scientific Report expose un nouveau concept d’isolateur optique intégré, compact et performant.
Les circuits intégrés photoniques (PIC) comportent un nombre croissant de fonctionnalités et de dispositifs avancés pour répondre aux nouveaux défis de leurs applications. L’intégration en série des fonctions optiques dans le même circuit photonique entraîne souvent des réflexions internes et un retour optique, qui peuvent déstabiliser le fonctionnement de certains dispositifs. Une solution consiste à intégrer des isolateurs optiques pour protéger ces composants. Malgré des décennies de recherche il n’existe pas de technologie d’isolateur optique intégré suffisamment performante qui se soit imposée jusqu’à aujourd’hui, notamment pour les circuits à modes de propagation de type TE, les plus couramment utilisés.
Une équipe du C2N propose un nouveau principe de fonctionnement pour un isolateur optique TE, basé sur le battement de modes guidés dont le couplage est perturbé de manière non-réciproque par l’effet Kerr magnéto-optique transverse (TMOKE). Cette approche combine des guides d'ondes en silicium à couplage évanescent et l'effet magnéto-optique d’un matériau hybride. Ce nouveau concept est prometteur pour la réalisation d'un isolateur optique TE hautement performant, car il ne dépend pas de résonances optiques et est exempt des contraintes associées aux interféromètres. Sur la base des données provenant de matériaux magnéto-optiques à base de grenat, le dispositif simulé a une longueur de 500 μm et sa bande passante d'isolation de 20 dB atteint 35 nm. Avec sa large bande passante et son isolation élevée, ce dispositif ouvre des possibilités de réalisation et de miniaturisation de circuits photoniques complexes pour les communications optiques, le traitement tout optique du signal, les capteurs optiques.
Références
Integrated TE optical isolator based on magneto-optical perturbation in coupled waveguides
Kimhong Chao, Vy Yam, Laurent Vivien, and Béatrice Dagens.
Scientific Reports 15, no. 1 (2025): 20381.
DOI: 10.1038/s41598-025-08507-z
Affiliations
Kimhong Chao, Vy Yam, Laurent Vivien & Béatrice Dagens
Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, 91120, Palaiseau, France
Contact : Béatrice Dagens
Mots clefs : Circuit intégré photonique ; non-réciprocité ; TMOKE ; magnéto-optique ; isolateur optique
Figure 1 : à gauche : schéma de l'isolateur optique, combinaison d'un système de guides d'ondes couplés TMOKE et d'un interféromètre multimode (MMI) 1×2. L'entrée du dispositif est le port 1 et la sortie est le port 3. Lorsqu'un signal est réfléchi et renvoyé par le port 3, il peut être collecté au port 2 : le dispositif fonctionne comme un isolateur et également comme un semi-circulateur. L est la longueur de couplage du système de guides d'ondes couplés, et le ‘gap’ comprenant le matériau magnéto-optique est choisi pour optimiser le taux d'isolation. À droite : simulation FDTD de la propagation du mode TE dans les directions avant et arrière.
