Métamatériaux, invisibilité et protection

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Métamatériaux en optique et micro-ondes

Les activités de recherche sur les métamatériaux pour les ondes électromagnétiques menées à l’Institut Fresnel sont à la pointe sur la scène internationale avec la démonstration de nombreuses structures d’invisibilité.
Un premier tapis d’invisibilité a été conçu pour les ondes de plasmon de surface en optique (à 633 nm), puis réalisé et caractérisé à ICFO Barcelone [Kad-3], et un deuxième tapis d’invisibilité a été proposé en optique intégrée (à 1550 nm), puis fabriqué à l’IEMN Lille et caractérisé à l’ICB Dijon [Sch-1].
Par ailleurs, la cape à vagues conçue à Fresnel en 2008 a été caractérisée avec succès à l’Institut Fresnel pour les micro-ondes [Xu-1] entre 3 et 7 GHz, et au MIT pour les ondes de pression entre 4 et 8 KHz.
Ce qu’il convient aujourd’hui d’appeler la cape multi-ondes (vagues, micro-ondes et son) montre la puissance des analogies entre les équations d’onde transformées : la même équation de Helmholtz est valide pour les vagues en régime linéaire et peu profond, pour les ondes transverses magnétiques, et les ondes de pression dans les fluides.
Tapis pour les ondes de plasmon de surface (à gauche : design Institut Fresnel et réalisation et caractérisation ICFO) en optique intégrée (au centre : conception Institut Fresnel, réalisation IEMN et caractérisation ICB), et cape d'invisibilité pour les micro-ondes (à droite : Institut Fresnel).Une cape de forme pyramidale a par ailleurs été conçue, réalisée et caractérisée à l’Institut Fresnel [Abd-1]. En complément de ces preuves de concept, des travaux exploratoires ont été menés pour généraliser les transformations et les repliements d’espace aux milieux bi-anisotropes, qui sont solutions d’équations similaires à celles de l’élasticité.
La bi-anisotropie présente l’intérêt de produire de la réfraction négative sans matériau d’indice négatif dans des situations judicieusement choisies. Cette propriété a permis de proposer tous les effets spectaculaires qui en découlent : camouflage externe par repliement d’espace [Liu-1], focalisation avec lentilles plate et cylindrique, ainsi que des phénomènes d’exaltation de champ dans des échiquiers [Liu-3].

Publications :

[Kad-3] Muamer Kadic, Guillaume Dupont, Sébastien Guenneau, Stefan Enoch. Controlling surface plasmon polaritons in transformed coordinates. Journal of Modern Optics, 2011, 58 (12), pp.994-1003.
[Sch-1] Geoffroy Scherrer, Maxence Hofman, Wojciech Smigaj, Muamer Kadic, T.M. Chang, et al.. Photonic crystal carpet : Manipulating wave fronts in the near field at 1.55 μm. Physical Review B, 2013, 88 (115110).
[Xu-1] Jun Xu, Xu Jiang, Nicholas Fang, Elodie Georget, Redha Abdeddaim, et al.. Molding acoustic, electromagnetic and water waves with a single cloak. Scientific Reports, 2015, 5, pp.10678.
[Abd-1] R. Abdeddaim, L. Ceresoli, I. Ktorza, S. Enoch, S. Guenneau, Single frequency microwave cloaking and subwavelength imaging with curved wired media, Optics Express 23(8), 10319-10326 (2015).
[Liu-1] Yan Liu, Boris Gralak, R.C. Mcphedran, Sébastien Guenneau. Finite frequency external cloaking with complementary bianisotropic media. Optics Express, 2014, 22, pp.017387.
[Liu-3] Yan Liu, Sébastien Guenneau, Boris Gralak, Anantha Ramakrishna. Focusing light in a bianisotropic slab with negatively refracting materials. Journal of Physics, 2013, 25, pp.135901.