Etude de la conversion de mode TE-TM

, , , ,

Fig. IV.27  Intensité normalisée de la lumière, captée par la caméra CCD placée en face de la couche mince, en fonction de la distance de propagation.

De plus, le facteur de mérite, déni au paragraphe IV.1.2, pour une valeur de rotation Faraday de 250◦/cmvaut 2, 2◦. Le travail à la longueur d'onde 1550 nm devrait permettre un coecient d'atténuation de l'ordre de 9 dB/cm qui est 3 fois plus faible que celui mesuré à 820 nm. Le facteur de mérite peut donc atteindre une valeur 5 fois plus importante. La comparaison entre ces deux longueurs d'onde conrme qu'il est bénéque de travailler à 1550 nm pour réaliser le couplage en conguration guidée.

L'étude de la variation de l'atténuation en fonction de la taille de particules déjà réalisée sur les ferrouides à 820 et 1550 nm au paragraphe IV.1.2 n'a pas pu être menée sur les couches minces. En eet, la dispersion du ferrouide de faible taille moyenne (S314) n'a pas été possible à cause d'un problème d'incompatibilité chimique.

Enn, malgré l'atténuation relativement forte que possède la matrice SiO2/ZrO₂ do-pée, une comparaison au niveau du facteur de mérite avec d'autres matériaux (voir para-graphe IV.1.2) permet de situer notre matériau comme un candidat favorable pour réaliser des composants à eet non réciproque.

IV.6 Etude de la conversion de mode TE-TM

Les résultats des paragraphes précédents nous ont montré que les couches minces dopées réalisées au cours de ce travail présentent des rendements de conversion poten-tiellement très intéressants. Par exemple, les échantillons ayant un taux de dopage de 1, 5 %fournissent une rotation Faraday spécique de 250◦/cm pour une biréfringence de mode de l'ordre de 1.10−4. Ainsi, le rendement de conversion maximal en conguration

IV.6. Etude de la conversion de mode TE-TM 147 guidée peut atteindre 56 % à 820 nm, et même 80 % à 1550 nm. Il est évident que si l'on augmente la concentration en particules, la rotation Faraday spécique puis le rendement de conversion seront augmenté. Mais cela favoriserait l'absorption du mode guidé, ce qui peut s'avérer délicat pour la mesure. Il y aura donc un compromis à trouver.

Ces valeurs très grandes du rendement maximal laissent espérer une mise en évidence de cette conversion de mode TE-TM, ce qui constituerait une première pour de tels guides magnéto-optiques sol-gel sur verre.

Pour cela, nous utilisons le dispositif expérimental représenté sur la gure IV.28.

Détection synchrone Contrôleur ^{Polariseur (0°)} Source laser Couplage Découplage PEM Analyseur (45°) Détecteur H

Fig. IV.28  Dispositif de mesure de la conversion de mode TE-TM par modulation de champ.

Ce banc est basé sur le même principe que l'ellipsomètre en transmission qui nous per-met de mesurer la rotation Faraday en espace libre (voir paragraphe II.2.4). La diérence se situe au niveau du couplage et découplage de l'onde dans la structure sous test, car cette fois il s'agit de propagation guidée. Ainsi, la lumière polarisée selon une direction propre est injectée dans la couche par l'intermédiaire d'un demi-prisme droit. Après pro-pagation sur une distance z sous l'inuence d'un champ magnétique longitudinal créé par un aimant permanent, le faisceau est découplé au moyen d'un demi-prisme symétrique. Il passe ensuite au travers du modulateur photo-élastique aligné sur les axes propres et de l'analyseur à 45 ◦, avant d'être recueilli par le détecteur. Le signal électrique associé est ensuite envoyé à une détection synchrone référencée sur la fréquence du modulateur. Cette conguration polarimétrique est la plus sensible pour détecter la composante de l'onde transverse à la direction de polarisation incidente.

En supposant que l'injection se fasse sur le mode TM, l'amplitude des champs au bout d'une distance z est donnée par les expressions obtenues dans le paragraphe I.2.2 :

A_{T M}(z) = A_{T M}(0)e^−iβmz  cos σz − i^∆β 2σ ^{sin σz}  AT E(z) = AT M(0)e^−iβmz  −i^K ∗ σ ^{sin σz} 

avec K = iθF, σ = p|K|2+ (∆β/2)2 et βm = (β_{T M} + β_{T E})/2.

Après traversé du modulateur photo-élastique et de l'analyseur orienté à 45◦, l'intensité récoltée en sortie peut être développée en série de fourier sous la forme :

I = I₀+ I_Fcos(2πf_Ft) + I_2Fcos(2πf_2Ft) (IV.25) S'il n'y a pas de couplage, l'amplitude du mode TE est nulle et les composantes IF

et I2F sont nulles. Par contre dès que cette amplitude est non nulle, elle contribue à ces deux intensités. Ainsi, pour détecter la conversion de mode en conguration guidée, nous étudions l'amplitude des composantes IF et I2F en fonction de la présence ou non de l'aimant. Le travail en étant à l'état de la détection de cette conversion, nous ne cherchons pas pour l'instant à quantier l'eet. Cela sera bien évidement possible à terme en exploitant les expressions de IF et I2F données au paragraphe II.2.4.2.

D'autre part, comme le montre les équations précédentes le maximum de conversion est obtenu au bout d'une distance Lc (voir paragraphe I.2.2). Cela est illustré sur la gure IV.29, qui montre que pour la situation θ = 250 ◦/cm, ∆N = 1.10−4 et λ = 820 nm, la longueur Lc fournissant le maximum de conversion est 0, 27 cm. D'autres maxima de conversion apparaissent ensuite tous les 2Lc, mais il ne faut pas perdre de vue que plus on se propage dans le guide, plus le mode est absorbé.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 820 nm 1550 nm RM(%) z (cm) Lc =0,27 cm Lc=0,33 cm , , , , ,

Fig. IV.29  Variation du taux de conversion de mode en fonction de la distance de propagation, à 820 et 1550 nm, pour une rotation de 250 ◦/cm et une biréfringence de 1.10⁻⁴.

Nous avons donc mené un certain nombre d'essais pour mettre en évidence cette conversion en conguration guidée. Les étapes suivantes ont été suivies :

lon-IV.7. Bilan et perspectives 149