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Méthode intégrale de volume

La méthode intégrale de volume (ou DDA pour Discrete Dipole Approximation) repose sur un maillage volumique de l’objet diffractant combiné avec un calcul de la fonction de Green, avec l’hypothèse que le champ électrique est constant à l’intérieur de chaque volume élémentaire. Simple et robuste dans sa formulation, la méthode DDA est extrêmement pertinente pour modéliser les problèmes de diffraction électromagnétique les plus généraux, la seule limitation étant les variations trop rapides du champ (par exemple dans les métaux où la méthode intégrale de surface peut être mieux adaptée).

Un code numérique utilisant cette méthode DDA est développé sur le long terme à l’Institut Fresnel, avec notamment une optimisation très poussée du calcul des fonctions de Green qui conduit à des performances faisant référence dans la communauté internationale pour des objets de volume dépassant plusieurs centaines ou milliers de longueurs d’onde cube. En particulier, les développements récents de ce code numérique conduisent à une réduction significative du temps de calcul du champ lointain diffracté par les grands objets [Cha-1].

Le code de calcul numérique développé à l’Institut Fresnel se distingue également par sa généralité : régimes harmonique et temporel [Cha-3], géométrie quelconque, anisotropie, et surtout calcul des forces optiques dans des situations très complexes (par exemple dans des capes d’invisibilité [Cha-6, Cha-9]). Les travaux de recherche menés sur les forces optiques [Cha-2, Cha-4, Cha-6, Cha-8, Cha-9, Rah-1], en collaboration avec l’université de Sydney, sont largement reconnus au niveau international avec notamment des résultats sur les pinces optiques [Cha-2]. Enfin, couplé à des algorithmes d’inversion, le code numérique DDA est l’outil de base d’activités de recherche en reconstruction numérique d’image [Zha-1, Zha-3, Zha-3]. Cette application de la méthode numérique DDA est présentée dans le thème « Imagerie avancée et vivant ».

[Cha-1] Patrick C. Chaumet, Ting Zhang, Anne Sentenac. Fast far-field calculation in the discrete dipole approximation. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2015, 165, pp.88.
[Cha-2] Patrick C. Chaumet, Adel Rahmani. Optical tweezers : Dressed for success. Nature Nanotechnology, 2014, 9, pp.252.
[Cha-3] Patrick Chaumet, Ting Zhang, Adel Rahmani, Boris Gralak, Kamal Belkebir. Discrete dipole approximation in time domain through the Laplace transform. Physical Review E, 2013, 88, pp.063303.
[Cha-4] Patrick Chaumet, Adel Rahmani. Optical binding of magnetodielectric Rayleigh particles. Physical Review B, 2013, 87, pp.195125.
[Cha-6] Patrick Chaumet, Adel Rahmani, Frédéric Zolla, André Nicolet. Electromagnetic forces on a discrete spherical invisibility cloak under time-harmonic illumination. Physical Review E, 2012, 85, pp.056602.
[Cha-8] Patrick Chaumet, Adel Rahmani, Frédéric Zolla, André Nicolet, Kamal Belkebir. Optical force on a Discrete Invisibility Cloak in Time-Dependent Fields. Physical Review A, 2011, 84, pp.033808.
[Cha-9] Patrick Chaumet, Kamal Belkebir, Adel Rahmani. Discrete dipole approximation for time-domain computation of optical forces on magnetodielectric scatterers. Optics Express, 2011, 19, pp.2466.
[Rah-1] Adel Rahmani, J. Steel M., Patrick Chaumet. Invisibility and supervisibility : Radiation dynamics in a discrete electromagnetic cloak. Physical Review B, 2013, pp.045430.
[Zha-1] Ting Zhang, Patrick C. Chaumet, Anne Sentenac, Kamal Belkebir. Reconstruction of three-dimensional targets using frequency-diversity data. AIP Advances, 2014, 4, pp.127135
[Zha-2] Ting Zhang, Patrick Chaumet, Anne Sentenac, Kamal Belkebir. Three-dimensional imaging of targets buried in a cluttered semi-infinite medium. Journal of Applied Physics, 2013, 114, pp.143101.
[Zha-3] Ting Zhang, Patrick Chaumet, Emeric Mudry, Kamal Belkebir, Anne Sentenac. Electromagnetic wave imaging of targets buried in a cluttered medium using an hybrid Inversion-DORT method. Inverse Problems, 2012, 28, pp.125008.