Contrôle des micro-ondes en milieux réverbérants

• Auteur / Autrice : Matthieu Dupré
• Direction : Geoffroy Lerosey, Mathias Fink
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fractales

Métamatériaux

Cavités résonnantes (microondes)

Micro-ondes

Mots clés libres

Focalisation sub-longueur d'onde

Modulateurs spatiaux de micro-ondes (SMM)

Résumé

Cette thèse traite du contrôle des micro-ondes en milieux réverbérants, dans la continuité d'autres travaux réalisés à l'Institut Langevin. Nous commençons par les principes généraux touchant à la propagation des ondes en milieux complexes, c'est-à-dire des milieux réverbérants ou diffusants. Nous revenons sur le concept de degrés de liberté et expliquons pourquoi les techniques du retournement temporel et du façonnage de front d'ondes sont des moyens efficaces pour contrôler les ondes dans ces milieux. Nous introduisons ensuite une technique innovante en micro-ondes permettant de contrôler le couplage de milieux réverbérants avec l'extérieur. Pour cela, nous proposons d'ouvrir une cavité avec un réseau de diffraction sub-longueur d'onde se comportant comme un miroir partiellement réfléchissant. Nous montrons ensuite comment nous pouvons remplacer ces réseaux par des résonateurs plans et fractaux pour focaliser des champs micro-ondes sur des dimensions très sub-longueur d'onde grâce à des techniques de retournement temporel monovoie. Enfin, nous détaillons la fabrication et l'utilisation d'une métasurface reconfigurable permettant de contrôler passivement les degrés de liberté spatiaux d'un milieu réverbérant. Nous montrons que cela permet d'optimiser un signal à des fréquences WIFi en façonnant le champ micro-onde de manière similaire à l'optique en milieux diffusants avec des modulateurs spatiaux de lumière. Nous présentons également un model adapté à notre cas de figure ainsi qu'une nouvelle approche numérique intégrale basée sur la méthode des potentiels de couche, et permettant de calculer les modes d'une cavité dont les conditions aux limites sont mixtes.

This thesis, dealing with controlling microwaves in reverberating media, is in the straight line of previous works performed at the Institut Langevin. We start by considering the general principles of the propagation of waves in complex media, which are basically reverberating or multiple scattering media. We review the concept of degrees of freedom and explain why techniques such as time reversai and wave front shaping are efficient to control waves in such media. We introduce a novel and efficient way to control the coupling of a cavity to the exterior. To do so, we propose to open a cavity with a sub-wavelength diffraction grating. We show that the latter behaves as a partially reflecting mirror. We then show how we can replace such grating by a fractal planar resonator in order to focus waves on very subwavelength dimensions Finally we detail the concept, the design and the use of a reconfigurable reflect array that allow to passively control spatial degrees of freedom of a reverberating media. We show that this modulator permits to optimize a signal at WIFI frequencies by shaping the field in a similar way than it is done in scattering media in otpics with spatial light modulators. We present a mode) adapted to our situation and a new numerical approach based on the boundary layers potential to obtain the eigenmodes of a cavity with mixed boundary conditions.