Conversion linéaire de fréquence à partir de méta-surfaces dynamiques
La conversion de fréquence est aujourd’hui couramment obtenue à partir de matériaux non linéaires. Toutefois, le domaine des méta-matériaux dynamiques est susceptible, tout au moins du point de vue théorique, de proposer une technique alternative à ces processus de conversion. C’est ce qu’ont démontré des chercheurs de l’Institut Fresnel, en collaboration avec d’autres équipes internationales. Les méta-matériaux dynamiques sont connus pour élargir ou générer un continuum de fréquences en réponse à un rayonnement quasi-monochromatique. Cette propriété leur est conférée par une excitation parallèle (électronique, optique…) permettant de modifier en temps réel et à haute fréquence (optique, RF) leurs paramètres physiques. Cette configuration de type pompe-sonde introduit une susceptibilité à 2 variables temporelles, dont la première () est associée au principe de causalité (mémoire/inertie/dispersion/absorption), et la seconde () à la modification temps réel de la mémoire du matériau. Ce double aspect temporel demande que soient reconsidérées les équations de Maxwell, où apparaissent de nouveaux degrés de liberté notamment liés à la dépendance temporelle de la dispersion. Dans ce contexte, les chercheurs ont réussi à identifier la classe des susceptibilités capables de convertir la fréquence du rayonnement incident en une fréquence arbitraire préétablie, tout en respectant les principes de causalité. Ce travail théorique a été établi pour des matériaux conventionnels (notamment linéaires) dont le volume est ramené pour simplification au cas d’une méta-surface. Le processus se généralise à un peigne de fréquences arbitraires que l’on pourrait imposer en réflexion et/ou transmission. Toutefois, le nombre de paramètres mis en jeu dans la forme analytique des susceptibilités (24 dans un processus de conversion à 2 fréquences) croît rapidement avec le nombre de fréquences à imposer.
DOI : 10.1103/PhysRevResearch.6.013002
Référence : Claude Amra, Ali Passian, Philippe Tchamitchian, Mauro Ettorre, Ahmed Alwakil, Juan Antonio Zapien, Paul Rouquette, Yannick Abautret, and Myriam Zerrad, “Linear-frequency conversion with time-varying metasurfaces”, Phys. Rev. Research 6, 013002 – Published 2 January 2024
Partenaires : Institut FRESNEL, ORNL – Oak Ridge National Laboratory, IETR – Institut d’Électronique et des Technologies du numéRique, CUHK – City University of Hong Kong, LAM – Laboratoire d’Astrophysique de Marseille
Contacts : Claude AMRA – claude.amra@fresnel.fr ou Myriam ZERRAD myriam.zerrad@fresnel.fr
