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RÉSUMÉ
L'ingénierie de dispersion dans les matériaux artificiels tels que les cristaux photoniques permet un contrôle sans précédent de la propagation de la lumière. Cette ingénierie globale des paramètres effectifs des matériaux a permis la mise en évidence de régimes d'ultra-réfraction (autocollimation, réfraction négative) et trouve désormais son prolongement par une ingénierie localisée dans le cadre de l'optique de transformation (et la recherche de l'invisibilité). Après une description des principes physiques, différentes réalisations technologiques pour la focalisation et l'invisibilité en infrarouge à base de cristaux photoniques sont présentées. Pour conclure, une étude de faisabilité pour la détection et l'imagerie est proposée.
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Olivier VANBESIEN : Professeur des universités - Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN – UMR CNRS 8520) – Université Lille 1, avenue Poincaré CS60069, 59652 Villeneuve d’Ascq Cedex, France
INTRODUCTION
l’ingénierie de dispersion dans les matériaux artificiels tels que les cristaux photoniques permet un contrôle sans précédent de la propagation de la lumière. Cette ingénierie globale des paramètres effectifs des matériaux a permis la mise en évidence de régimes d’ultra-réfraction (autocollimation, réfraction négative) et trouve désormais son prolongement par une ingénierie localisée dans le cadre de l’optique de transformation (et la recherche de l’invisibilité). Après une description des principes physiques, différentes réalisations technologiques pour la focalisation et l’invisibilité en infrarouge à base de cristaux photoniques seront présentées. Pour conclure, une étude de faisabilité pour la détection et l’imagerie sera proposée.
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MOTS-CLÉS
optique de transformation cristaux photoniques ultra-réfraction réfraction négative gradient d’indice
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Contexte4. Conclusions et perspectives
La plus grande partie de cet article a été consacrée à la présentation de composants à base de cristaux ou quasi-cristaux photoniques pour la nanophotonique intégrée. Les concepts relatifs à l’ingénierie de dispersion, autocollimation et ultra-réfraction, ont été présentés en détail et appliqués au design de composants fonctionnels dans le domaine infrarouge : (i) lentille plate à réfraction négative (n = − 1), (ii) lentille à gradient d’indice et (iii) tapis d’invisibilité (en réflexion sous incidence normale). Au-delà du simple « composant », une première réflexion sur leur intégration vers un système de détection ou d’imagerie en réflexion a été également proposée.
Dans ce domaine des matériaux artificiels, incluant cristaux photoniques et métamatériaux, la littérature est foisonnante, les propositions de nouveaux matériaux et dispositifs à l’avenant (comme les lentilles plates à base de métamatériaux métallo-diélectriques hyperboliques par exemple), mais dépasser le stade de l’objet de laboratoire pour aller vers une application complète (l’objet et son environnement) reste l’exception tout particulièrement dans le domaine de l’optique (infrarouge et visible). L’enjeu technologique et les verrous associés en nanofabrication restent très présents... Il est extrêmement délicat de « mettre en œuvre » dans la réalité physique les prérequis théoriques pour atteindre tel ou tel régime de fonctionnement permettant d’atteindre l’ultra-réfraction ou l’invisibilité. De nombreux compromis sont nécessaires permettant d’atteindre partiellement les objectifs idéaux.
En dépit de toutes ces limitations sur la difficulté à atteindre les performances ultimes, les retombées collatérales de ces recherches devraient permettre un développement sans précédent de la nanophotonique intégrée dans les domaines, non seulement des télécommunications, mais également des biotechnologies, via la conception de capteurs ou d’imageurs originaux et performants non seulement en optique mais également, car les concepts sont pour la plupart invariant en longueur d’onde, vers les grandes longueurs d’onde, le térahertz et les micro-ondes... Au prix du développement des technologies idoines en fonction de la région spectrale visée.
Remerciements
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - YABLONOVITCH (E.), GMITTER (T.J.), LEUNG (K.M.) - Photonic band structures ; The face-centered cubic case employing non spherical atoms - Phys Rev Lett, Vol. 67 n° 17, pp. 2295-98 (1991).
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(2) - JOHN (S) - Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices - Phys Rev Lett., Vol. 58 n° 23, pp. 2486-89 (1987).
-
(3) - JOANNOPOULOS (J.D.), MEADE (R.D.), WINN (J.N.) - Photonic crystal : molding the flow of light - Princeton, NJ, Princeton University Press (1995).
-
(4) - VESELAGO (V.G.) - The electrodynamics of substances with simultaneously negative of ε and µ - Sov Phys-Usp, Vol. 10, pp. 509-14 (1968).
-
(5) - PENDRY (J.B.) - Negative refraction makes a perfect lens - Phys Rev Lett, Vol. 85 n° 8, pp. 3966-69 (2000).
-
(6) - VANBESIEN (O.) - * - ....
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