Soutenance de thèse de Geoffroy KLOTZ

Ce travail de thèse porte sur l'optique transformationnelle et ses applications. Les capes et tapis d'invisibilité, ainsi que les revêtements mimétiques sont étudiés au travers de simulations dans les hyperfréquences à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics. Ces simulations permettent de comprendre les phénomènes en jeu et d'appréhender les difficultés de réalisation expérimentale. Nous abordons divers systèmes et discutons de leurs performances ainsi que de leur faisabilité. La réalisation de revêtements d'optique transformationnelle (OT) est un challenge important, pour lequel nous proposons une architecture des revêtements sous la forme d'une structuration multicouches. Les permittivités diélectriques et perméabilités magnétiques requises dans les revêtements d'OT étant peu communes, une part importante de ce travail s'est concentré sur les métamatériaux constitués de réseaux d'inclusions résonantes. Leur phénoménologie est abordée, ainsi que les techniques d'homogénéisation, permettant de leur affecter des propriétés effectives homogènes. Enfin, nous envisageons l'intégration de matériaux dispersifs en fréquence dans des capes, et proposons une méthodologie permettant aux revêtements de fonctionner sur une large bande fréquentielle.

The present thesis work relates to transformational optics and its applications. Invisibility cloaks and carpets, as well as mimetic coatings, are studied using simulations with the commercial software COMSOL Multiphysics in the micro-wave domain. First, these simulations help in the understanding of the phenomena at stake and allow us to evaluate how challenging it would be to develop experimental devices. Based on objective criteria, we consider multiple systems and discuss their efficiency and feasibility. The realization of transformation optics coatings is a difficult challenge, so we suggest a multilayer design for the coatings. As dielectric permittivity and magnetic permeability required in the OT coatings are unusual among natural materials, we worked on resonant metamaterials composed of a lattice of small conducting structures. The physical origin of the phenomenon is investigated, as the homogenization technics allowing computation of effective homogeneous parameters. Finally, we consider the realization of invisibility cloaks using frequency dispersive metamaterials and developed a design allowing broadband operations.