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Simulation of magneto-optical devicesZhuromskyy, Oleksandr 20 February 2001 (has links)
This thesis is devoted to numerical simulations of integrated optical isolators and circulators. The results contain:
Polarization independent isolators
Different magneto-optical configurations are required to produce large nonreciprocal phase shifters for orthogonally polarized modes. The polarization independent isolator can be realized by placing two different nonreciprocal phase shifters into the interferometer arms. The light interferes constructively or destructively at the end of the interferometer depending on the propagation direction.
Another possibility is to find a magnetic configuration that yields equal nonreciprocal phase shift for transverse electric (TE) and transversemagnetic (TM) modes. Compared to the concept of polarization independent isolators with two different phase shifters in the interferometer arms, the concept with a polarization independent phase shifter has an advantage: the entire length of the device can be almost halved placing an additional nonreciprocal phase shifter into the second arm. Another advantage is that the power loss inside the nonreciprocal phaseshifter may differ from that in the rest of the structure. For the non-symmetrical setup it can lead to a reduction of the device performance.
Utilization of multimode waveguides in magneto-optical devices
The principle distinction of a Mach-Zehnder type isolator and an isolator based on multimode imaging is that in the latter case the input power is distributed between modes propagating in the same waveguide, whereas in the first case two separate waveguides are used. Nonreciprocal phaseshifters with different effects on guided modes are needed to produce a magneto-optic multi-mode imaging (MMI) isolator or circulator. Multimode imaging splitters with non zero phase difference between the output modes can be used in integrated optical isolators. If the essential phase difference is utilized by the splitter, the rest of the interferometer should be symmetrical.
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Contribution à l'intégration d'un isolateur optique sur verre : fonctions réciproques et non réciproques de contrôle de la polarisation / Contribution to the integratino of an optical isolator on glass : reciprocal and non-reciprocal functions for polarization controlParsy, François 02 December 2013 (has links)
L'essor des télécommunications sur fibres a conduit depuis quarante ans au développement des composants optiques intégrés. Cependant, en raison de difficultés technologiques, un dispositif n'a pas encore été réalisé de façon satisfaisante : il s'agit de l'isolateur optique, dont la fonction est de propager la lumière dans un seul sens. Ces travaux s'inscrivent dans cette problématique puisqu'ils visent à l'intégration d'un isolateur grâce à la technologie de l'échange d'ions Na+/Ag+ sur verre. La configuration adoptée se compose de trois éléments sur puce : un séparateur de polarisation et deux rotateurs de polarisation à 45 °, l'un réciproque et l'autre non. Le séparateur de polarisation a été réalisé sous la forme d'une jonction Y asymétrique. Après une étude théorique, nous présentons le procédé de fabrication ainsi que les résultats expérimentaux obtenus. Les diaphonies mesurées sont à l'état de l'art, elles dépassent (31,1 ± 0,4) dB et (32,7 ± 0,4) dB en mode TE et TM sur une plage spectrale supérieure à 70 nm. Nous avons mené l'étude du rotateur Faraday en collaboration avec le Laboratoire Télécom Claude Chappe de Saint Etienne pour la partie magnéto-optique. La structure employée est un guide d'onde à enterrage différentiel sur lequel est déposé un matériau magnéto-optique par un procédé sol-gel. Un angle de rotation non-réciproque de 50 ° a été mesuré, validant ainsi l'approche hybride. Un nouveau procédé de fabrication est également présenté pour un rotateur réciproque à évolution de mode adiabatique. Celui-ci consiste en un enterrage sous champ présentant une inhomogénéité transverse. Nous proposons finalement une méthode de fabrication de l'isolateur complet basée sur l'intégration monolithique des différents éléments. / For the past forty years, the growth of fiber telecommunications has led to the development of integrated optical components. However, due to technological issues, a device has not yet been realized: the optical isolator, which propagates light in a single direction. Our work fits into this context. It deals with the integration of an isolator using the Na+/Ag+ ion-exchange technology. The configuration we adopted consists of three elements on chip: a polarization splitter and two 45 ° polarization rotators, one is reciprocal and the other is not. The polarization splitter has been realized in the shape of an asymmetrical Y junction. After a theoretical study, we present the fabrication process and experimental results. State-of-the-art diaphonies of (31.1 ± 0.4) dB and (32.7 ± 0.4) dB have been measured in TE and TM mode over a bandwidth larger than 70 nm. The magneto-optical part of the study has been undertaken in collaboration with the Laboratoire Télécom Claude Chappe (LT2C) from Saint Etienne, France. The Faraday rotator is a selectively buried waveguide on which a magneto-optical material has been deposited using a sol-gel process. A non-reciprocal rotation of 50 ° has been measured, hence validating the hybrid approach. A novel fabrication process is presented for a reciprocal mode-evolution polarization rotator. The process consists in the burring of a waveguide under an electric field presenting a transverse inhomogeneity. We finally propose a fabrication method of the complete optical isolator. It is based on the monolithic integration of the three elements.
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FDTD simulace funčkních fotonických struktur / FDTD simulace funčkních fotonických strukturNovák, Ondřej January 2021 (has links)
This thesis aims to (i) design and optimize the geometry of magneto-photonic crystal based on ferromagnetic garnet in order to resonantly enhance the magneto-optical re- sponse, (ii) to explore the possibility of using magnetic shape memory alloy to build an optically active photonic element, using advanced FDTD modeling. A Faraday rotation of 180◦ was reached but with low values of transmissivity. An investigation of the origin of such high values of Faraday rotation led to a conclusion that such structure has to be highly sensitive towards a change of a refractive index of its surroundings. This was confirmed, and so further development of this structure can lead to an efficient concentra- tion detector. Three designs of optically active element utilizing deformation of magnetic shape memory material in the external magnetic field were numerically simulated. Two designs (photonic crystal with cylindric holes in a hexagonal lattice and self-standing foil with cylindric holes in a square lattice) proved to be efficient and worth of further development. 1
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Etude de la réalisation d'un isolateur optique intégré sur verre / Study of the realization of a glass-integrated optical isolatorGarayt, Jean-Philippe 31 October 2017 (has links)
L’essor des télécommunications par fibre optique nécessite l’insertion en sortie des lasers d’un isolateur optique intégré protégeant celui-ci des réflexions qui le déstabilisent. Ce composant existe à l’heure actuelle sous forme massive, mais son intégration sur la même plaquette que le laser pose problème du fait de la difficulté à intégrer les bons matériaux magnétooptiques sur les substrats usuels de l’optique guidée. Dans cette perspective, l’intégration de nanoparticules magnétiques dans un sol-gel déposé sur les guides optiques est une voie prometteuse, développée par le laboratoire Hubert Curien. Cette thèse a eu pour but d’étudier de manière plus systématique le composant non-réciproque qui entre dans la fabrication des isolateurs à conversion de mode, à savoir le rotateur non-réciproque. Deux études poussées, l’une théorique, l’autre expérimentale, recoupées entre elles par des modèles numériques, ont été mises en oeuvre au cours des années de cette thèse. L’étude théorique a permis de tenir compte tous les paramètres ayant une influence sur l’état de polarisation de la lumière dans un guide magnétooptique, y compris les dichroïsmes souvent négligés. L’étude pratique, à partir d’échantillons sur verre réalisés en collaboration avec l’IMEP-LAHC et le laboratoire PHENIX, a abouti à une caractérisation quasi complète des effets magnétooptiques — longitudinaux et transverses — dans les guides et de l’influence des paramètres de fabrication sur ceux-ci. Au final, ces résultats nous ont donné une compréhension plus complète du fonctionnement des guides magnétooptiques, et nous ont permis de prédire les paramètres optimaux qu’il faudra mettre afin de fabriquer, dans un futur proche, l’isolateur complet sur une seule plaque de verre / The development of optical-fiber telecommunications requires the insertion of optical isolator between lasers and fibers, in order to protect them against perturbating reflexions. This component is currently inserted in a bulk form, but the goal is to integrate it on the same wafer than the laser; nevertheless, this is problematic due to the difficulty to integrate good magnetooptical materials on usual substrates as glass or silicon. One of the promising way to achieve this, developped by the Laboratoire Hubert Curien, is the embedding of magnetic nanoparticles into a sol-gel matrix deposited above the optical guides. This thesis aimed at studying more deeply the main non-reciprocal component of integrated mode conversion optical isolators: the non-reciprocal rotator. A theorical and a practical study have both been performed, with numerical simulations to confront them. The theorical study aimed at describing the evolution of propagation in magnetooptical waveguides with respect to all effects, even absorption and dichroïsm. Then a practical study was performed on glass samples engineered in collaboration with IMEP-LAHC and the PHENIX laboratory, and lead to a full measurement of longitudinal and transverse magnetooptical effects, and their evolution related to the fabrication parameters of the samples. Finally, these results gave us a comprehensive view of how magnetooptical waveguides behave, and we were able to predict the good parameters to choose in order to construct, in a close future, a glass-integrated optical isolator
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