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RÉSUMÉ
Les notions de réciprocité et de non-réciprocité sont importantes en physique, et dans de nombreuses applications de celle-ci. Cet article rappelle, dans un premier temps, la symétrie temporelle des équations de Maxwell dans la matière ainsi que le principe de Casimir de retournement temporel. La notion de réciprocité électromagnétique est comparée à cette symétrie temporelle et les différences entre les deux notions sont mises en exergue. A partir de la notion de non-réciprocité, les principaux matériaux et les dispositifs classiques non réciproques sont présentés, ainsi que quelques exemples de systèmes non réciproques actifs, dépendant ou non du temps.
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-
André de LUSTRAC : Professeur émérite, Université Paris Nanterre - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, France
INTRODUCTION
La notion de réciprocité et de non-réciprocité est un concept scientifique fondamental, important dans de nombreuses branches de la physique, de la chimie et de l'ingénierie. Au sens général, la non-réciprocité électromagnétique implique que les champs créés par une source à un point d'observation ne sont pas les mêmes lorsque la source et le point d'observation sont échangés. Les systèmes non réciproques sont essentiels pour les applications où une propagation unidirectionnelle est requise et doit être contrôlée. De manière générale, ces systèmes non réciproques permettent de contrôler la circulation de l’énergie, et de l’aiguiller dans certaines directions privilégiées. En ce sens, ils jouent un rôle décisif dans beaucoup d’applications.
Le concept de réciprocité électromagnétique est étroitement lié à celui de symétrie d’inversion temporelle des équations de Maxwell. La même propriété de symétrie temporelle des équations de champ conduit également à la réversibilité temporelle des processus physiques dans les systèmes sans perte.
Néanmoins, les concepts de réciprocité et d'inversion temporelle des processus physiques présentent des différences fondamentales et doivent donc être distingués, en particulier dans les systèmes présentant des pertes, comme nous le verrons dans un premier temps. Ensuite, sont présentées les premières applications de la non-réciprocité dans les circuits passifs, puis actifs.
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Notations et symboles
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7. Glossaire
circulateur ; circulator
Dispositif micro-ondes non réciproque qui fait circuler l’énergie électromagnétique dans un sens autour d’un noyau de ferrite.
effet Faraday ; Faraday effect
Rotation de phase observée lors de la propagation d’une onde dans un matériau magnéto-optique soumis à un champ magnétique.
effet Kerr ; Kerr effect
Rotation de phase d’une onde polarisée linéairement après réflexion sur une couche de matériau magnétique.
gyrateur ; gyrator
Circuit qui fait tourner la polarisation d’une onde.
isolateur ; isolator
Dispositif ondes non réciproque qui ne laisse passer une onde électromagnétique que dans un sens.
matériaux magnéto-optiques ou ferrites ; electro-optical materials or ferrites
Matériaux dans lesquels la présence d’un champ magnétique continu ou d’une magnétisation parallèle à la propagation de l’onde électromagnétique fait tourner la direction de polarisation de l’onde électromagnétique.
métamatériau ; metamaterial
Matériau artificiel ayant des propriétés innovantes par rapport aux matériaux naturels.
métasurface ; metasurface
Interface artificielle entre deux milieux dont les propriétés de transmission et de réflexion peuvent être contrôlées.
miroir à conjugaison de phase ; phase conjuging mirror
Miroir qui réfléchit une onde après avoir conjugué son spectre.
non-réciprocité ; non reciprocity
Qualifie un dispositif dans lequel la propagation d’une onde est différente lorsqu’on renverse la direction de propagation.
réciprocité ; reciprocity
Qualifie un dispositif dans lequel la propagation d’une onde est identique lorsqu’on renverse la direction de propagation.
retournement temporel ; time reversal
Phénomène qui permet de renverser le temps dans un dispositif physique.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PENDRY (J.) - Time reversal and negative refraction. - Science, vol. 322, p. 72 (2008).
-
(2) - CASIMIR (H.) - Reciprocity theorems and irreversible processes. - Proceedings of the IEEE, vol. 51, p. 1570-1573 (1963).
-
(3) - RAMO (S.), WHINNERY (J.R.), VAN DUZER (T.) - Fields and Waves in Communication Electronics. - Wiley (1994).
-
(4) - CORUM (K.L.), MILLER (M.W.), CORUM (J.F.) - Surface Waves and the Crucial Propagation Experiment. - Proceedings of the 2016 Texas Symposium on Wireless and Microwave Circuits and Systems (WMCS 2016), Baylor University, Waco, TX (2016).
-
(5) - PRADA (C.), WU (F.), FINK (M.) - Auto-focalisation par miroir à renversement temporel. - Colloque de Physique, Colloque C2, supplément au n° 2. Tome 51 (1990).
-
(6) - DE ROSNY (J.), LEROSEY...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
De nombreux industriels travaillent dans le domaine des microondes en France. On peut citer :
(Liste non exhaustive)
-
Nexio, https://nexiogroup.com/
-
Inoveos, https://www.inoveos.com/
-
CNES, Centre national d'études spatiales, https://cnes.fr/ CEA, https://www.cea.fr/
-
Safran, https://www.safran-group.com/
-
Ansys, https://www.ansys.com/
-
Airbus, https://www.airbus.com/
-
Onera, https://www.onera.fr/
-
Thales, https://www.thalesgroup.com/
-
Naval Group, https://www.naval-group.com/
-
Rohde et Schwarz, https://www.rohde-schwarz.com/
-
SIEPEL,...
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