Brevet FR2005197A1 — publié le 19691205

La présente invention qui entre dans le secteur de la modulation de la lumière, concerne un élément de transmission pour application magnéto-optique, en particulier pour la modulation de rayonnement infrarouge dans la gamme de longueurs d'onde si-5 tuée entre 1 et 20 microns. Des éléments de transmission du genre envisagé ci-dessus sont constitués par un ou plusieurs monocristaux, ou par une couche monocristalline ou poljccristalline placée sur une couche transparente dans l'infrarouge ; l'application précitée repose sur le pouvoir que possède la substance 10 constituant l'élément de transmission en question, de faire tourner le plan de polarisation d'un rayonnement électromagnétique polarisé linéairement, tombant sur cette substance, sous l'influence d'un champ magnétique présentant une composante dans la direction de propagation du rayonnement. Cette rotation est con-15 nue sous le nom d* "effet Faraday". L'amplitude ( de la rota tion provoquée par l'effet Faraday est exprimée dans ce cas par le nombre de degrés de rotation du plan de polarisation, par centimètre de longueur du trajet parcouru par le rayonnement dans l'élément de transmission, lorsque celui-ci est aimanté à satura-20 tion dans un champ magnétique parallèle à la direction du rayonnement. Pour obtenir une grande rotation Faraday, qui peut être déjà influencée de façon nettement perceptible par de faibles champs magnétiques ou par de petites modifications du sens du champ : 25 magnétique, on utilise généralement des matériaux magnétiques qui transmettent bien le rayonnement à moduler. Par "matériaux magnétiques", il y a lieu d'entendre ici des matériaux qui sont ferromagnétiques ou ferrimagnétiques à des températures inférieures à une température d'arrangement (point de Curie) pour le maté-30 riau en question* Pour déterminer si un matériau magnétique convient comme matériau modulateur d'un rayonnement situé dans une bande de longueurs d'onde donnée, on utilise, outre le paramètre Ù tel que spécifié ci-dessus, le paramètre ^ appelé "indice de performance". représente le nombre de degrés de rotation du 35 plan de polarisation du rayonnement par déciblel d'affaiblissement de l'intensité du rayonnement pour le matériau aimanté à saturation. £ est donné par la relation : i - °»23 jf" » oi 10(*°log e) 0C d 6900384 2 2005197 dans laquelle d = la longueur, exprimée en centimètres, du trajet parcouru par le. rayonnement dans l'élément de transmission. 5 e = la base des logarithmes naturels, —1 0( = le coefficient d'absorption, exprimé en cm ; cette grandeur est définie par la relation : 1 eT X I de Ot= — ~ (dans laquelle -^2. s ie quotient7~~ l'intensité du rayonnement incident, Iq, et de 10 l'intensité du rayonnement transmis, I), l7 ayant été défini ci-dessus. Les matériaux les plus connus utilisés jusqu'à présent pour réaliser des éléments de transmission modulateurs de rayonnement infrarouge de longueur d1 onde située entre 1 et 6 microns, sont 15 le grenat d'yttrium et de fer, ^eS coniPos®s peuvent en être déduits, entre autres en remplaçant partiellement le fer par du gallium. A la température ambiante, ces substances sont ferrimagnétiques. Elles sont utilisées de préférence sous la forme de monocristaux. S'il est exact que l'effet Fara-20day de ces grenats augmente à mesure que la longueur d'onde diminue au-dessous d'1 micron, cet avantage est cependant annulé du fait que dans les mêmes conditions, 1'absorption du rayonnement augmente fortement, de sorte que l'indice de performance $ décroît. Pour des longueurs d'onde supérieures à 6 microns, la 25 rotation est faible et le coefficient d'absorption est élevé, de sorte que les grenats sont inutilisables à ces longueurs d'onde, pour l'application envisagée ici. L'invention concerne un élément de transmission pour la modulation de rayonnement infrarouge dans la gamme de longueurs 30 d'onde située entre 1 et 20 microns. Cet élément de transmission doit satisfaire à chacune des conditions suivantes : 1) Il doit être constitué par un ou plusieurs cris taux à structure spinelle ; 2) 11 doit être ferromagnétique ou ferrimagnétique et avoir une g 35 perméabilité magnétique dans le vide, yUQ s-*, supérieure à 1,2, à des températures inférieures à une température caractéristique pour la substance constituant l'élément de transmission en question ; 3) ZI doit avoir à cette température (point de Curie), une ^0 résistivité supérieure à 100 ohm.cm ; 6900384 3 2005197 4) Le cristal ou les cristaux doivent avoir une composition chimique répondant à la formule A Cr^Z^, dans laquelle A = Cd, Zn, Hg, Mn, Fe1*, Co, Mg, Ni, I . „ III „ I . T_III „ I . „ III . I T III Ag + In » » Pb Cu + Ga Cu + In Cu + Fe Ag + In' 5 et Ag^ + Fe^t A pouvant représenter chacune de ces substances 2 prises séparément ou en combinaison de deux ou plusieurs de ces substances, tandis que Z = S., Se et Te, Z pouvant représenter chacun de ces éléments pris séparément ou une combinaison de deux de ces éléments .ou des trois. 10 Les cristaux en question peuvent par exemple être obtenus par synthèse. C'est ainsi que l'on peut préparer des cristaux du composé CdCr^Se^, c'est-à-dire de séléniure de cadmium et de chrome, en dissolvant du séléniure de cadmium, CdSe, et du séléniure de chrome, Cr^Se^» dans du chlorure de cadmium anhy-15 dre en fusion, et en faisant refroidir lentement la solution obtenue, par exemple à une vitesse de 1 à 5°C à l'heure. Le séléniure de cadmium et de chrome estl'un des représentants les plus importants du groupe des substancese^ant la composition chimique définie ci-dessus, dont les cristaux conviennent pour 20 la formation d'éléments de transmission conformes à l'invention. Il est fe.'rromagné tique à des températures inférieures à environ 135*K • La fig. la est un graphique montrant la variation du coefficient d'absorption, Ql (en cm""1), d'un cristal de CdCr^Se^ en 25 fonction de la longueur d'onde (en microns) dans la gamme de longueurs d'onde située entre environ 1 et 21 microns, à une température de 90eK. On constate que le coefficient d'absorption est faible dans toute la gamme de longueurs d'onde allant d'environ 1 à 21 microns, avec une valeur maximale qui n'est pas supé-30 rieure à environ 13 cm" dans la gamme de longueurs d'onde située entre 6 et 18 microns. Le fait que la valeur de 0( soit pratiquement constante dans la gamme de longueurs d'onde citée en dernier lieu, permet de conclure que l'absorption mesurée peut être imputée principalement à la présence d'hétérogénéités 35 chimiques et/ou physiques dans le cristal, de sorte que l'absorption mesurée sur un cristal parfaitement homogène sera inférieure à celle obtenue ici. 6900384 4 2005197 La figure lb permet d'établir une comparaison ; cette figure est le graphique correspondant pour un cristal de grenat d'yttrium et de fer, Y^Fe^O^, à 90#K et à 300#K. On constate que si ce cristal présente 'une absorption notablement plus fai-5 ble, pour des longueurs d'onde situées entre environ 1,1 et 6 microns, que celle du cristal de CdCr^Se^, auquel a trait la fig. la, l'absorption du cristal de grenat d'yttrium de fer en fonction de la longueur d'onde augmente cependant si considérablement pour des longueurs d'onde supérieures à 6 microns que 10 l'utilisation de ce matériau est limitée à des longueurs d'onde de 1,1 à 6 microns• La fig. 2 montre que l'amplitude de la rotation Faraday, l/"(en degrés.cm**1) du cristal de grenat d'yttrium et de fer dans la gamme de longueurs d'onde de 1,1 à 6 microns est de 15 loin inférieure à celle du cristal de CdC^Se^. Une grande rotation Faraday est surtout recherchée pour les applications pour lesquelles l'épaisseur de l'élément de transmission doit être faible, par exemple pour l'exploration optique d'un élément de mise en mémoire d'information. 20 Le graphique de la fig. 3 représente la rotation Faraday du cristal de CdCr^Se^ envisagé, en fonction de la longueur d'onde, dans la gamme de longuëtus d'onde de 4,5 à 18 microns, à une température de 90°K. Il ressort de cette figure que pour une longueur d'onde d'environ 7,8 micron, la rotation Faraday 25 du cristal de CdCr^Se^ en question (à 90*K) change de signe de sorte que le cristal ne convient pas, à cette température, pour moduler un rayonnement dont la longueur d'onde se situe entre environ 7,5 et 8 microns. Les fig. k et 5. représentent des graphiques pour l'indice 30 de performance du cristal du CdCrgSe^ en question, en fonction de la longueur d'onde, également à une température de 90*K.. En dehors de l'application comme modulateurs d'infrarouge, par exemple pour transmettre des signaux, les éléments de transmission conformes à l'invention peuvent également être utilisés 35 comme éléments de mise en mémoire d'information, qui sont explorés en déterminant le signe de l'aimantation rémanente de cet élément, au moyen de rayonnement infrarouge polarisé. 6900384 5 2005197 REVENDICATIONS. 1. Elément de transmission pour application magnéto-optique, en particulier pour la. modulation de rayonnement infrarouge dans la gamme de longueurs d'onde située entre 1 et 20 microns, constitué 5 par -un ou plusieurs cristaux de séléniure de cadmium et de chrome, CdCrgSe^. 2o Utilisation d'un élément de transmission du type spécifié ci-dessus comme élément de mise en mémoire d'information qui est exploré en déterminant le signe de son- aimantation rémanente au 10 moyen de rayonnement infrarouge polarisé. BAD ORDINAL