Contrôle d’ondes en milieux complexes

Les premiers travaux sur le retournement temporel d’ondes acoustiques dans les milieux multiplement diffuseurs et dans les cavités réverbérantes ont permis de comprendre que l’ont peut tirer profit des multiples trajets pour focaliser une onde dans le temps et dans l’espace. La focalisation peut même être grandement améliorée par la présence des chemins multiples. Ces dernières années trois sujets ont été étudiés :

Focalisation par retournement temporel de microondes de forte puissance : « le bazooka électromagnétique »

Dans le cadre d’un projet financé par la DGA (projet AORTE) nous avons appliqué le principe de focalisation par renversement du temps à la génération d’impulsions micro-ondes de forte amplitude à partir d’un générateur d’ondes arbitraires. A cette fin, nous avons conçu une cavité réverbérante ouverte sur sa face avant et profité des propriétés de compression d’impulsion du renversement temporel. Des impulsions de fortes amplitudes sont ainsi générées à l’extérieur de la cavité grâce à l’étalement temporel des signaux à l’intérieur. L’amplitude ainsi que la largeur de la tache focale des impulsions obtenues ont été étudiées en fonction des différents paramètres expérimentaux. Un gain de 18 dB par rapport à une antenne directive de même ouverture est obtenu [1].

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  • Julien de Rosny

Focalisation acoustique spatio-temporelle par contrôle de front d’ondes

Dans le cadre d’une collaboration avec l’université d’Amsterdam, nous avons mis au point une nouvelle méthode pour focaliser des ultrasons en milieux complexes et nous l’avons comparée au retournement temporel. S’apparentant aux nouvelles méthodes de focalisation par contrôle de front d’ondes récemment développées en optique, elle présente toutefois la particularité d’exploiter la totalité des degrés de liberté (spatiaux et temporels) offerts par le milieu de propagation pour atteindre une focalisation optimale non seulement en espace, mais aussi en temps. Un article présentant ces résultats est paru en 2012 dans la revue Physical Review E [2].

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Contrôle de front d’onde optique

Grâce aux techniques de façonnage du front d’onde, basées sur l’utilisation de « Modulateurs Spatiaux de Lumière », notre équipe a mesuré pour la première fois la matrice de transmission optique d’un milieu diffusant [3]. La connaissance de cette matrice permet en particulier de voir à travers un milieu classiquement considéré comme opaque [4]. Nous étudions les différentes applications du contrôle de la lumière dans les milieux désordonnés afin de réaliser de nouvelles fonctionnalités optiques sans avoir à changer le milieu de propagation.

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Miroirs électromagnétiques intelligents

Inspirés par les méthodes de façonnages de front d’ondes optiques, le concept a été transposé au cas des ondes électromagnétiques à plus basses fréquences dans la gamme des micro-ondes. Le milieu diffusant est remplacé par un milieu réverbérant, et le « Modulateur Spatial de Micro-ondes » a été spécialement mis au point en s’inspirant de travaux sur les métasurfaces. Chaque pixel de la dite métasurface est un résonateur électromagnétique passif dont les propriétés de réflexion locale sont contrôlées électroniquement. Il devient alors possible de tirer bénéfice des ondes réverbérées sur ces « miroirs intellegents » afin de concentrer l’énergie à l’endroit désiré [5].

Une start-up, GreenerWave, fondée en 2016 par Mathias Fink et Geoffroy Lerosey exploite ces travaux dans le but d’améliorer les communications sans fils.

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Notes

[1

Focusing and amplification of electromagnetic waves by time reversal in an leaky reverberation chamber.
Davy, M., J. de Rosny, J. - C. Joly, and M. Fink.
Comptes Rendus Physique 11, no. 1 (2010): 37–43.
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[2

Optimal spatiotemporal focusing through complex scattering media.
Aulbach, J., A. Bretagne, M. Fink, M. Tanter, and A. Tourin.
Physical Review E – Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics 85, no. 1 (2012).
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[3

Measuring the transmission matrix in optics: An approach to the study and control of light propagation in disordered media.
Popoff, S. M., G. Lerosey, R. Carminati, M. Fink, A. C. Boccara, and S. Gigan.
Physical Review Letters 104, no. 10 (2010).
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[4

Image transmission through an opaque material.
Popoff, S., G. Lerosey, M. Fink, A. C. Boccara, and S. Gigan.
Nature Communications 1, no. 6 (2010).
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[5

Shaping complex microwave fields in reverberating media with binary tunable metasurfaces.
Kaina, N., M. Dupre, G. Lerosey, and M. Fink.
Scientific reports 4 (2014): 6693.
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