Une cascade d’espace-temps pour changer de fréquence

Il existe traditionnellement deux méthodes pour changer la fréquence d’une onde : l’effet Doppler ou l’utilisation de matériaux non-linéaires. Les matériaux variables en temps représentent un domaine en pleine expansion qui offre de nouvelles possibilités de contrôle des ondes. Des chercheurs de l’Institut Langevin (ESPCI Paris, Université PSL, CNRS) ont introduit et implémenté expérimentalement une approche originale d’induire des changements de fréquence arbitrairement grands en itérant une succession de changements élémentaires obtenus par une succession d’interfaces spatiales et temporelles [1]. Une interface spatiale séparant deux milieux associés à des vitesses de propagation différentes, conserve la fréquence d’une onde mais modifie sa longueur d’onde. Pour une interface temporelle, correspondant à un changement instantané de vitesse dans l’ensemble du milieu, la fréquence des ondes est modifiée alors que les longueurs d’onde restent inchangées. Ainsi, en combinant une interface temporelle et spatiale, il est ainsi possible de changer la fréquence (et la longueur d’onde associée) d’un paquet d’onde dans un milieu. Ce décalage fréquentiel généralement faible peut être cumulé pour obtenir des décalages arbitrairement grands. Des conversions de fréquences ascendantes et descendantes ont ainsi été obtenues à l’aide de cette cascade spatio-temporelle avec des ondes gravito-capillaires contrôlées par électrostriction sur des gammes de 4 octaves.

Figure : Changements de fréquences ascendante (droite) et descendante (gauche) obtenus par cascade spatio-temporelle pour des ondes gravito-capillaires contrôlées par électrostriction (centre : champ d’onde initial).

Référence :
[1] Frequency Conversion Cascade by Crossing Multiple Space and Time Interfaces
Benjamin Apffel and Emmanuel Fort
Phys. Rev. Lett. 128, 064501 (2022)


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