Diffusion électromagnétique par des objets inhomogènes : De la couche à la structure complexe - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Electromagnetic scattering by inhomogeneous object : layer to complex structure

Diffusion électromagnétique par des objets inhomogènes : De la couche à la structure complexe

Éva Dieudonné
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 978039

Résumé

Electromagnetic objects are designed by considering homogeneous materials properties (permittivity, permeability). However, during their realization real materials may present fluctuations of their properties. This work focuses on the development of tools able to estimate scattered fields produced by fluctuations. Three methods have been developed : EMFORS, ABE and RECY for the determination of the scattered field by fluctuations of permittivity and permeability. Taking into account permeability fluctuations is a significant advance. Indeed, there was no tool to estimate the scattered field by such a fluctuation, due to the absence of magnetic properties at optical frequencies. The three methods are based on the first order approximation. They allow to estimate the scattered field by fluctuations of permittivity and permeability within magneto-dielectric multilayer. The EMFORS method is a matrix resolution. It allows rapid resolution. Thus, we have shown that the nature of the fluctuation plays on the scattered intensity levels. Thus, the permeability fluctuation (for same value) scatters less than the permittivity fluctuations. The ABE method is an iterative resolution using the admittances. It gives an analytical solution in simple cases. This analytical solution gives tools for rapid assessment of the scattered field for a thin layer in the air or on a metal. The RECY method is a method which allows to estimate the field in an object using the principle of reciprocity from the knowledge of the field in the object without defect and of the fluctuation function. This method allows, once the ideal field calculated by any method (analytic or digital), to obtain the scattered field from any structure. We applied RECY for structures such as elementary gratings, an industrial structure and photonic crystals. The method has shown very good agreement when the defect is compatible with first-order approximation. In photonic crystals, defects present a resonant response that invalidate the first-order approximation. For this reason, defects in photonic crystals were investigated by a Monte-Carlo method. We have thus shown that polydispersity of the sizes of the objects is the main contribution to scattered field in photonic crystals.
Les objets électromagnétiques sont conçus en considérant des matériaux aux propriétés radio-électriques (permittivité, perméabilité) homogènes. Néanmoins, lors de leur réalisation les matériaux réels peuvent présenter des fluctuations de ces propriétés. Ce travail porte sur la mise au point d'outils capables d'estimer le champ diffusé produit par les fluctuations. Trois méthodes ont été mises au point : EMFORS, ABE et RECY pour la détermination du champ diffusé par des fluctuations de permittivité et de perméabilité. La modélisation de la contribution des fluctuations de perméabilité est une avancée significative. En effet, il n'existait pas d'outil traitant ce problème dans toute sa généralité pour estimer le champ diffusé par cette fluctuation. L'absence de magnétisme aux fréquences des ondes optiques en est la principale raison. Les trois méthodes ont toutes pour base une approximation du premier ordre. Elles permettent d'estimer le champ diffusé par des fluctuations de permittivité et de perméabilité au sein d'un empilement de couches magnéto-diélectriques. Chaque méthode possède ensuite des particularités propres. La méthode EMFORS est une résolution matricielle. Elle permet une résolution rapide. Nous avons ainsi pu montrer que la nature de la fluctuation influe sur le niveau de l'intensité diffusée. Ainsi, dans le cas d'un slab simple dans l'air, la fluctuation de perméabilité (à valeur égale) génère moins de champ diffusé que la fluctuation de permittivité. La méthode ABE est une résolution itérative utilisant les admittances. Elle permet l'obtention d'une solution analytique. Cette solution analytique permet d'obtenir dans des cas simples des outils d'estimation rapide du champ diffusé pour une couche mince dans l'air ou sur un métal. La méthode RECY est une méthode qui permet d'estimer à l'aide du principe de réciprocité le champ diffusé dans un objet quelconque à partir de la simple connaissance du champ dans l'objet sans défaut et de la fluctuation. Cette méthode permet une fois le calcul du champ idéal effectué par une méthode quelconque (analytique ou numérique) de calculer le champ diffusé de n'importe quelle forme de fluctuation. Nous avons appliqué RECY à des structures comme un réseau simple, une structure industrielle et aux cristaux photoniques. La méthode a donné de très bons résultats lorsque les défauts étaient compatibles de l'approximation du premier ordre. Dans les cristaux photoniques, les défauts présentent une réponse résonante non compatible de l'approximation du premier ordre. Aussi pour l'étude des défauts dans les cristaux photoniques, nous avons utilisé une méthode de Monte-Carlo. Nous avons ainsi montré la contribution majeure de la polydispersité des tailles des inclusions constitutives du cristal.
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Dates et versions

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Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Pas de modification

Identifiants

  • HAL Id : tel-01284825 , version 1

Citer

Éva Dieudonné. Diffusion électromagnétique par des objets inhomogènes : De la couche à la structure complexe. Optique [physics.optics]. Aix-Marseille Université, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01284825⟩
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