Matériaux artificiels : ingénierie de dispersion des micro-ondes à l'optique

Auteur(s) :

Vanbésien, Olivier Découvrir l'auteur

Résumé

Synthèse des recherches sur les matériaux artificiels (dont les cristaux photoniques et les métamatériaux), des concepts aux applications. Les auteurs étudient ensuite les cristaux photoniques et/ou les métamatériaux en régime de bande interdite, puis les matériaux artificiels en régime de réfraction anormale. Les applications englobent les mirages optiques, les capes d'invisibilité, etc.

Éditeur(s)
- Hermès sciences publications-Lavoisier
Date
- DL 2012
Notes
- Bibliogr. p. 347-374. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (378 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- Micro et nano électronique et systèmes
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-7462-3137-5
Indice
- 621.51 Électronique, électromagnétisme
Quatrième de couverture
- Micro et nano électronique et systèmes
  Ce livre propose une synthèse des recherches - des concepts jusqu'aux applications - sur les matériaux artificiels, incluant les cristaux photoniques et les métamatériaux.
  Il expose les enjeux de performance et les défis de fabrication (jusqu'à l'échelle du nanomètre) pour l'exploitation des effets d'ultra-réfraction ou de réfraction négative induits par l'ingénierie généralisée ou localisée de la dispersion sur l'ensemble du spectre électromagnétique (des micro-ondes à l'optique en passant par le térahertz et l'infrarouge).
  Didactique, Matériaux artificiels analyse les possibilités de l'optique de transformation tels que les mirages optiques, les lentilles parfaites, les tapis magiques et les capes d'invisibilité. Présentés comme potentiels précurseurs de nouveaux systèmes de contrôle de la propagation des ondes et/ou d'imagerie pour les domaines des télécommunications, de la biologie ou de la médecine, ils permettent d'identifier les principaux verrous théoriques et technologiques actuels.
Tables des matières
- - Matériaux artificiels
  - ingénierie de dispersion des micro-ondes à l'optique
  - Olivier Vanbésien
  - Hermes Sciences
  - Lavoisier
  - Introduction13
  - Première partie. Quelques concepts fondamentaux17
  - Chapitre 1. Définitions et concepts19
  - 1.1. Paramètres effectifs des matériaux19
  - 1.2. Terminologie des matériaux artificiels22
  - 1.3. Réfraction négative : enjeux et conséquences25
  - Chapitre 2. L'approche métamatériaux - ingénierie de perméabilité et de permittivité29
  - 2.1. Historique29
  - 2.2. Une approche en réseaux imbriqués33
  - 2.2.1. Ingénierie de permittivité : modèle de Drude33
  - 2.2.2. Ingénierie de perméabilité : modèle de Lorentz34
  - 2.2.3. Indice de réfraction négatif36
  - 2.2.4. Une réalisation en micro-ondes36
  - 2.3. Approche cellulaire39
  - 2.3.1. Procédures d'extraction des paramètres effectifs pour les structures périodiques39
  - 2.3.1.1. Relation d'inversion39
  - 2.3.1.2. Autres méthodes d'extraction des paramètres effectifs41
  - 2.3.1.3. Limitations44
  - 2.3.2. Une approche en réseau combiné : la particule Oméga45
  - 2.4. Approche alternative : les résonances de Mie47
  - Chapitre 3. L'approche cristaux photoniques - ingénierie de bande interdite51
  - 3.1. Historique51
  - 3.2. Outil d'étude : la structure de bandes53
  - 3.2.1. Quelques considérations sur les bandes passante et interdite53
  - 3.2.2. Modélisation des cristaux photoniques55
  - 3.2.2.1. Cas général55
  - 3.2.2.2. Cas bidimensionnel58
  - 3.3. Cristaux photoniques 2D 1/259
  - 3.3.1. Problèmes de dimensionnalité59
  - 3.3.2. Etude paramétrique60
  - 3.3.2.1. Eléments de cristallographie60
  - 3.3.2.2. Périodicité dans le plan : réseau de trous/réseau de piliers61
  - 3.3.2.3. Le facteur de remplissage63
  - 3.3.3. Extraction de paramètres effectifs64
  - 3.4. Quelques mots sur les cristaux photoniques tridimensionnels68
  - 3.5. En guise de conclusion : métamatériaux ou cristaux photoniques ?70
  - Chapitre 4. l'optique de transformation73
  - 4.1. Contexte73
  - 4.2. Description de la méthode75
  - 4.2.1. Approche conceptuelle75
  - 4.2.2. Dispositifs réalisables77
  - 4.2.2.1. Dispositifs d'invisibilité et d'imbrication77
  - 4.2.2.2. Dispositifs à espace imaginaire78
  - 4.2.2.3. Dispositifs à espace négatif80
  - 4.2.3. Quelques considérations sur impédance et optique de transformation82
  - Deuxième partie. Matériaux en régime de bande interdite85
  - Chapitre 5. Défauts ponctuels et étendus dans les cristaux photoniques87
  - 5.1. Contexte87
  - 5.2. Zoologie de défauts88
  - 5.3. Sélectivité des microcavités en cristal photonique92
  - 5.3.1. Facteur de mérité - performances potentielles92
  - 5.3.2. Analyse modale de la cavité H₁94
  - 5.4. Guidage dans les cristaux photoniques96
  - 5.4.1. Principe de fonctionnement96
  - 5.4.1.1. Influence de la largeur des guides droits en cristal photonique97
  - 5.4.1.2. Etude bidimensionnelle du guide W₁98
  - 5.4.2. Pertes dans les guides : cône de lumière et modes de fuite101
  - 5.4.3. Analyse tridimensionnelle des pertes de propagation104
  - 5.5. Ralentir la lumière105
  - Chapitre 6. Dispositifs de routage à base de cristaux photoniques109
  - 6.1. La brique de base : le filtre à insertion/extraction109
  - 6.2. Quelques approches en cristal photonique112
  - 6.2.1. Coupleur à pseudo-mode de galerie112
  - 6.2.2. Coupleur utilisant un mode guidé à faible vitesse de groupe113
  - 6.2.3. Couplage codirectionnel par un mode d'ordre élevé114
  - 6.3. Coupleurs interférentiels114
  - 6.3.1. Une approche « monobranche »115
  - 6.3.1.1. Efficacité du couplage115
  - 6.3.1.2. Directivité116
  - 6.3.1.3. Sélectivité118
  - 6.3.2. Coupleur multibranche118
  - 6.3.2.1. Transfert backward119
  - 6.3.2.2. Transfert forward d'un dispositif « trois couleurs »121
  - 6.3.2.3. Analyse modale du coupleur backward122
  - 6.3.2.4. Une ébauche d'analyse temporelle126
  - 6.3.2.5. A trois dimensions : régimes backward et hybride128
  - 6.4. Conclusion132
  - Chapitre 7. Métamatériaux simplement négatifs133
  - 7.1. Contexte133
  - 7.2. Les ENG : matériaux à permittivité négative134
  - 7.2.1. Quelques notions sur les plasmons134
  - 7.2.2. Les tamis à photons135
  - 7.2.3. Lentilles plasmoniques138
  - 7.3. Les MNG : matériaux à perméabilité négative140
  - 7.3.1. Réseaux de SRR et montée en fréquence140
  - 7.3.2. Alternatives pour une perméabilité négative en optique143
  - 7.4. Quid des surfaces sélectives en fréquence ?145
  - Troisième partie. Matériaux en régime de réfraction anormale (n < 1 et n < 0)149
  - Chapitre 8. Prisme composite équilibré bidimensionnel en micro-ondes151
  - 8.1. Pourquoi un prisme en micro-ondes ?151
  - 8.2. Conception et dimensionnement du réseau composite équilibré152
  - 8.2.1. Dimensionnement de la cellule élémentaire152
  - 8.2.2. Sensibilité des paramètres effectifs : vers la notion d'accordabilité155
  - 8.2.3. Une analyse en termes de schéma équivalent électrique157
  - 8.3. Prisme bidimensionnel159
  - 8.3.1. Conception et simulation d'un prisme bidimensionnel159
  - 8.3.2. Fabrication163
  - 8.3.3. Caractérisation angulaire164
  - Chapitre 9. Métamatériaux métallo-diélectriques - du térahertz au visible167
  - 9.1. Du térahertz à l'infrarouge167
  - 9.2. Une ligne de propagation rétrograde au térahertz168
  - 9.2.1. Concepts168
  - 9.2.2. Dimensionnement et fabrication171
  - 9.2.3. Caractérisation172
  - 9.3. Des « nano » résonateurs aux « filets de pêche »174
  - 9.3.1. Des « micro » résonateurs aux « nano » résonateurs174
  - 9.3.2. Ouvertures sous longueur d'onde au térahertz175
  - 9.3.2.1. Etude de faisabilité au THz175
  - 9.3.2.2. Un prototype caractérisable à 0,5 THz178
  - 9.3.3. Vers l'infrarouge et le visible180
  - 9.4. Métamatériaux tridimensionnels182
  - Chapitre 10. Réfraction anormale dans les cristaux photoniques185
  - 10.1. Contexte185
  - 10.2. (An)isotropie dans les cristaux photoniques186
  - 10.2.1. Outil d'étude : les courbes isofréquences186
  - 10.2.2. Paramètres descriptifs des courbes isofréquences188
  - 10.2.3. Géométrie et isotropie189
  - 10.3. Exploiter l'anisotropie194
  - 10.3.1. L'autocollimation194
  - 10.3.2. L'ultraréfraction, réfraction négative et effet super-prisme196
  - 10.4. Focalisation et réfraction négative : rechercher l'isotropie199
  - 10.4.1. Quelques précautions de vocabulaire199
  - 10.4.2. En première bande200
  - 10.4.3. En deuxième bande201
  - Chapitre 11. Une lentille plate en cristal photonique aux longueurs d'onde optique205
  - 11.1. Un peu de zoologie205
  - 11.2. Comment définir un prototype caractérisable aux longueurs d'onde optique207
  - 11.3. Optimisation de la lentille : impédance et résolution210
  - 11.3.1. Ingénierie de modes de cavité210
  - 11.3.2. Ingénierie de défauts213
  - 11.3.3. Ingénierie d'interface218
  - 11.4. Mise en évidence expérimentale222
  - 11.4.1. Nanofabrication222
  - 11.4.2. Caractérisation optique en champ proche223
  - 11.5. Retour d'expérience : du prototype 2D à la réalité 3D226
  - 11.6. Conclusion229
  - Chapitre 12. Dispositifs de contrôle des ondes - vers le contournement et l'invisibilité231
  - 12.1. « Optique de transformation » ou « ingénierie de la dispersion »231
  - 12.2. Quelques approches de composants pour le contrôle des ondes232
  - 12.2.1. Les lentilles à gradient d'indice232
  - 12.2.2. Les mirages optiques235
  - 12.2.3. Les pièges à photons236
  - 12.2.4. Les tapis magiques238
  - 12.2.5. Les coques d'invisibilité 2D et 3D241
  - 12.2.6. Les hyperlentilles et composants associés242
  - 12.2.6.1. Propagation du champ proche243
  - 12.2.6.2. Opération sur le champ proche244
  - 12.2.6.3. Autres exemples246
  - 12.3. De l'invisibilité au térahertz : résonances de Mie247
  - 12.3.1. Détermination des paramètres par optique de transformation247
  - 12.3.1.1. Invisibilité parfaite247
  - 12.3.1.2. Utilisation de fonctions réduites249
  - 12.3.2. Métamatériaux à résonateurs de Mie250
  - 12.3.2.1. Dimensionnement de la structure250
  - 12.3.2.2. Simulation de dispositif251
  - 12.3.2.3. Evaluation des performances252
  - 12.4. Une alternative en cristal photonique : le papillon253
  - 12.4.1. Description et fonctionnement253
  - 12.4.2. Performances du dispositif255
  - 12.5. Perspectives257
  - Quatrième partie. Vers les applications259
  - Chapitre 13. Dans le domaine du guidage, du filtrage et du routage des ondes électromagnétiques261
  - 13.1. Contexte261
  - 13.2. Le guidage : lignes de propagation et déphaseurs accordables262
  - 13.2.1. En régime « cristal photonique »262
  - 13.2.2. En régime « métamatériau »267
  - 13.3. Le filtrage272
  - 13.3.1. Approche « métamatériau » : ingénierie de substrat272
  - 13.3.2. Approche « cristal photonique » : ingénierie de cavité278
  - 13.4. Le routage à base de métamatériaux280
  - 13.5. Conclusion282
  - Chapitre 14. Dans le domaine des antennes283
  - 14.1. Vers une miniaturisation des dispositifs d'émission/réception283
  - 14.2. Ingénierie de directivité285
  - 14.2.1. Antennes et cristaux électromagnétiques285
  - 14.2.1.1. Ingénierie des modes de surface285
  - 14.2.1.2. Réflecteurs plans diélectriques287
  - 14.2.2. Antenne en cavité289
  - 14.2.3. Cavités sous longueur d'onde294
  - 14.2.4. Antenne insérée dans un métamatériau d'indice proche de 0297
  - 14.3. Dimensionnement sous longueur d'onde299
  - 14.3.1. Antennes plaquées299
  - 14.3.2. Antennes monopôles et dipôles302
  - 14.3.3. De l'utilité des matériaux doublement négatifs302
  - 14.4. Conclusion303
  - Chapitre 15. Dans le domaine optique - fibres et cavités305
  - 15.1. La problématique : l'optique - le domaine privilégié des cristaux photoniques305
  - 15.2. Les fibres optiques microstructurées307
  - 15.2.1. Principe du guidage dans les fibres microstructurées307
  - 15.2.2. Quelques propriétés des fibres microstructurées309
  - 15.2.3. Un vaste champ d'applications311
  - 15.2.3.1. Des télécommunications au domaine médical311
  - 15.2.3.2. L'amplification optique313
  - 15.3. Vers le laser sans seuil314
  - 15.3.1. Contrôle de l'émission spontanée314
  - 15.3.2. Domaines d'applications316
  - 15.3.3. Réalisations de lasers à cristal photonique318
  - Chapitre 16. Systèmes de détection, d'imagerie et de tomographie323
  - 16.1. De la détection à l'imagerie323
  - 16.2. Des capteurs au térahertz324
  - 16.3. Approche directe pour l'imagerie328
  - 16.4. Détection et reconstruction d'images330
  - 16.4.1. Une approche inspirée par la tomographie en réflexion330
  - 16.4.2. Performances et contraintes335
  - 16.4.2.1. En imagerie335
  - 16.4.2.2. En détection337
  - 16.5. Un vaste champ à explorer339
  - Conclusion343
  - Bibliographie347
  - Index377
Origine de la notice:
- FR-751131015