Propagation Des Ondes Dans Les Structures Phononiques Et Photoniques PDF Download
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Author: Youssef El Hassouani Publisher: Omniscriptum ISBN: 9786131519062 Category : Languages : fr Pages : 192
Book Description
Ce travail présente une contribution à l''étude de la propagation et la localisation des ondes acoustiques et électromagnétiques dans les cristaux phononiques et photoniques unidimensionnels. Mon intérèt a porté principalement sur la propagation des ondes acoustiques dans les matériaux multicouches périodiques de type solide-fluide et les ondes électromagnétiques dans les guides d''ondes monomodes quasi-périodiques (de type Fibonacci) à base de câbles coaxiaux. L''objectif étant de chercher de nouveaux matériaux avec des bandes interdites larges et étudier l''effet de la présence des inhomogénéités (défaut) dans ces structures telles que: la surface libre, l''interface avec un substrat homogène ou l''existence d''une cavité. Ces résultats sont obtenus à partir d''un calcul analytique détaillé des fonctions de Green qui nous a permis de déterminer les relations de dispersion, les densités d''états locale et totale et les différents coefficients de transmission et de réflexion ainsi que les temps de phase correspondants.
Author: Youssef El Hassouani Publisher: Omniscriptum ISBN: 9786131519062 Category : Languages : fr Pages : 192
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Ce travail présente une contribution à l''étude de la propagation et la localisation des ondes acoustiques et électromagnétiques dans les cristaux phononiques et photoniques unidimensionnels. Mon intérèt a porté principalement sur la propagation des ondes acoustiques dans les matériaux multicouches périodiques de type solide-fluide et les ondes électromagnétiques dans les guides d''ondes monomodes quasi-périodiques (de type Fibonacci) à base de câbles coaxiaux. L''objectif étant de chercher de nouveaux matériaux avec des bandes interdites larges et étudier l''effet de la présence des inhomogénéités (défaut) dans ces structures telles que: la surface libre, l''interface avec un substrat homogène ou l''existence d''une cavité. Ces résultats sont obtenus à partir d''un calcul analytique détaillé des fonctions de Green qui nous a permis de déterminer les relations de dispersion, les densités d''états locale et totale et les différents coefficients de transmission et de réflexion ainsi que les temps de phase correspondants.
Author: Youssef El Hassouani Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 173
Book Description
This thesis presents a contribution to the study of propagation and localization of acoustic and electromagnetic waves in one-dimensional phononic and photonic crystals. We are mainly interested in acoustic wave propagation in solid-fluid periodic multi-layered media and electromagnetic wave propagation in quasi-periodic monomode waveguides. Our goal was to propose new materials that exhibit large forbidden bands and to study the effect of the presence of inhomogeneities in these structures such as : a free surface, an interface with a homogeneous medium or a defect layer (cavity). These results are obtained using a detailed analytical calculation of the Green's functions which enabled us to determine the dispersion relations, local and total densities of states, transmission and reflection coefficients as weIl as the corresponding phase times. ln the case of acoustic waves of sagittal polarization in solid-fluid superlattices, we highlighted the existence and the behaviour of the surface and interface modes; in particular we have shown a general ruIe on the existence of these modes. Also, we have shown that these systems can present omnidirectional band gaps where aIl incident angles are reflected (acoustic mirrors) as weIl as a selective transmission through defect and interface modes (acoustic filters). ln the case of electromagnetic waves in quasi-periodic (Fibonacci) monomode waveguides constituted of coaxial cables, we highlighted sorne properties related to these systems such as: the self-similarity of the transmission spectrum with a scaling factor in the case of a single Fibonacci sequence. Also, it was shown that these systems can present in sorne regions of frequencies, subluminal and superluminal velocities. ln the case of periodic Fibonacci sequences, we have shown some properties related to the allowed bands such as the fragmentation of the frequency spectra according to a power law as weIl as the existence of two types of surface modes. The surface and bulk modes in these Structures can exhibit particular behaviours related to multifractal systems. AIl these results are obtained from the measurement of the amplitude and the phase of the transmission coefficient through these photonic crystals when the latter are either inserted horizontally between two guides or placed vertically on a guide. The experimental and theoretical results are in~ood agreement.
Author: Yan Pennec Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 360
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Dans le second chapitre, nous nous sommes intéressés à la propagation dans des microguides diélectriques couplés à des résonateurs. Dans la plupart des circuits optiques hautement intégrés, les résonateurs sont indispensables dans l’obtention de fonctions de filtrage et de transfert en longueur d’onde. Nous avons étudié l’efficacité de filtrage d’un nouveau résonateur constitué d’un guide d’onde couplé à une cavité rectangulaire disposé de part et d’autre du guide, formant une croix. L’intérêt de ce résonateur est de présenter un encombrement jusqu’à dix fois plus faible que les microdisques, favorisant ainsi leur intégration dans les circuits optiques. L’étude s’oriente actuellement vers de nouvelles structures plasmoniques permettant de diminuer d’un ordre de grandeur la largeur du guide pour une même longueur d’onde, atteignant ainsi une valeur de 50nm. Les compétences acquises dans le domaine photonique sur les propriétés de filtrage et de démultiplexage ont été appliquées dans le domaine plasmonique.
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Cette thèse traite du contrôle de la propagation des ondes, électromagnétiques et acoustiques, à l'échelle sub-longueur d'onde dans les métamatériaux localement résonants. Ces derniers sont des matériaux composites composés d'ensembles de résonateurs agencés sur des périodes très petites comparées aux longueurs d'ondes caractéristiques de résonance. Ils sont en général considérés comme des milieux homogènes aux propriétés effectives. Nous prouvons que, au-delà de ces approches communes d'homogénéisation, les propriétés de la plupart des métamatériaux peuvent être réinterprétées à lumière d'une approche microscopique. Celle-ci permet de mettre en évidence que la propagation des ondes dans ces métamatériaux résulte de phénomènes physiques analogues à ceux mis en jeu dans les cristaux photoniques/phononiques : des interférences et de la diffusion multiple. Nous prouvons alors que les concepts de manipulation des ondes développés dans les cristaux photoniques, sont transposables aux métamatériaux, bénéficiant alors des avantages de la structuration sub-longueur d'onde. Nous montrons que des modifications locales du milieu induisent la formation de cavité et guides d'ondes confinant et guidant le champ sur des dimensions arbitrairement plus petites que la longueur d'onde. Nous étudions la capacité de ces guides à manipuler le flux d'onde spatialement et temporellement. Nous soulignons enfin l'importance de la structure microscopique des métamatériaux, jusque-là toujours négligée. Nous prouvons qu'un métamatériau dit simplement négatif (avec une seule propriété effective négative) peut présenter un indice de réfraction négatif simplement en le structurant ingénieusement.
Author: Marc Dubois Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Le contrôle de la propagation des ondes électromagnétiques et acoustiques s'est largement développé ces dernières années par l'utilisation de milieux complexes tels que les cristaux photoniques, phononiques et les métamatériaux. Ces travaux de thèse concernent l'application de ces milieux aux ondes de flexion dans les plaques fines. Ils permettent de réaliser une première étape vers la généralisation de ces principes aux ondes élastiques dans les milieux solides. La première étude concerne la focalisation des ondes de flexion par réfraction négative à l'aide d'un réseau de trous circulaires. La suite de ces travaux fait intervenir l'aspect dynamique du phénomène de réfraction négative et présente la capacité de focalisation des ondes de flexion en dessous de la limite de diffraction. L'introduction du trou « borgne » ou trou non traversant comme résonateur pour les ondes de flexion permet la conception et l'étude numérique d'un métamatériau à indice de réfraction négatif. Enfin, un arrangement désordonné de ce résonateur permet l'étude de la diffusion multiple des ondes de flexion et du phénomène de localisation d'Anderson. La suite du manuscrit présente l'étude de phénomènes ondulatoires originaux construits par analogie avec d'autres types d'ondes. On abordera la fabrication d'une lentille Maxwell fisheye. Ce système issu du domaine de l'optique est appliqué aux ondes de flexion par la modulation de l'épaisseur d'une plaque. La propagation des ondes de flexion dans une plaque carrée à bords rigides nous permet de démontrer la reconstruction périodique d'une impulsion brève, également connu sous le nom d'effet revival, initialement observé en mécanique quantique
Author: Yan Pennec Publisher: Omniscriptum ISBN: 9786131550256 Category : Languages : fr Pages : 96
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Cet essai se penche d'abord sur les th mes de recherches r cents traitant de la propagation et de la localisation des ondes lastiques dans les cristaux phononiques. Ces mat riaux sont d finis comme des composites constitu s d'une distribution p riodique d'inclusions incorpor es dans une matrice. L' tude se focalise ensuite sur la propagation des ondes lectromagn tiques dans des microguides photoniques et des nanoguides plasmoniques coupl s des r sonateurs. A la lumi re de ces deux r flexions, des perspectives s'ouvrent devant nous qui peuvent tre exploit es dans le domaine des t l communications.
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Cette thèse porte sur la propagation des ondes magnéto-électro-élastiques dans les structures inhomogènes, et tout particulièrement de l'effet d'un champ magnétique externe sur des structures multicouches et des cristaux phononiques combinant des matériaux à la fois piézoélectriques et magnéto-élastiques. Pour déterminer les caractéristiques des ondes se propageant dans ces structures magnéto-électro-élastiques, un modèle de matériau piézomagnétique équivalent à un matériau magnéto-élastique en couche mince, polarisé à saturation autour d'une position d'équilibre définie par l'orientation et l'amplitude d'un champ magnétique externe appliqué à celui-ci, est développé. Il est combiné à une méthode originale de calcul des courbes de dispersion dans les multicouches, basée sur une décomposition en polynômes de Legendre pour les couches d'épaisseur finie, et en polynômes de Laguerre pour le substrat semi-infini. Ce modèle est utilisé pour le cas d'un film mince de TbCo2/FeCo, présentant une anisotropie magnétique uni-axiale dans le plan et une magnétostriction géante, déposé sur un substrat de LiNbO3 sous forme de film ou en réseau de plots cylindriques. On montre que dans ce dernier cas, correspondant à un cristal phononique magnéto-élastiques à résonance locale, il est possible de contrôler sans aucun contact la structure de bande par l'application d'un champ magnétique externe. Ainsi, une sensibilité de 50 kHz par Oersted a été calculée pour une bande plate située dans le gap de Bragg d'un tel cristal phononique. Cette sensibilité est suffisante pour envisager une application du dispositif comme un détecteur très sensible de champs magnétiques localisés.
Author: Aurélien Merkel Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 100
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A periodic, ordered and noncohesive structure of monodisperse spherical beads forms a granular phononic crystal. This work is devoted to the propagation of an acoustic wave within this kind of structure. During the propagation of an acoustic wave through a granular crystal, the properties of the phononic crystals (dispersion due to the geometrical periodicity) are combined with the properties of wave propagation in granular media (nonlinearities, rotational degrees of freedom). In this thesis, the dispersion relation of the bulk modes propagating in a hexagonal close-packed structure are theoretically derived. The structure is modeled by a mass-spring structure. The contact interactions between two beads (considered as rigid masses) are modeled by two springs obeying the Hertz-Mindlin theory, with one stiffness for the normal interactions and one for the transverse interactions. In the first part, the spectrum of bulk modes is determined in the case where the transverse interactions are neglected. The dispersion relations of the translational modes propagating within the crystals are derived. In the second part, the transverses rigidities are taken into account. The existence of the transverse interaction associated with the nonzero distance between the centers of the beads and the contact points requires to take into account the rotational degrees of freedom of each individual bead. In the description of continuum elastic media, the rotational degres of freedom are included in the generalized theory of elasticity which is also known as the Cosserat or micropolar theory. Experimental observations in granular materials of the modes predicted by the Cosserat theory (rotational modes and coupled rotational-translational modes) have not been reported before. After the theoretical investigations in a peculiar direction of propagation, the experimental observation of coupled rotational-translational modes in this direction is reported, and constitute a convincing evidence of the phenomena predicted by the Cosserat theory for the granular media. Finally, in this work, we also demonstrated the asymmetry of the classical nonlinear acoustic effect of self-demodulation relative to the direction of the acoustic wave propagation in noncohesive granular crystal under gravity.
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La micro-structuration périodique d'un milieu influence fortement la propagation des ondes élastiques. Ces structures, nommées cristaux phononiques, permettent de manipuler les ondes en les ralentissant, voire en interdisant leurs propagations pour certaines gammes de fréquences appelées bandes interdites. Au cours de la thèse, la dispersion des ondes élastiques dans des structures composées de piliers résonants périodiquement attachés à des poutre structurées a été numériquement et expérimentalement étudiée. Basées sur la combinaison de résonances locales avec des réflexions multiples de Bragg, des poutres phononiques avec de larges bandes interdites ont été obtenues. En particulier, une poutre phononique avec une bande interdite présentant une largeur relative de 94% autour du mégahertz a été fabriquée et caractérisée.Les poutres phononiques ont été utilisées pour améliorer les facteurs de qualité des résonances de défauts insérés en fin, ou entre les poutres. Une amélioration d'un facteur 8 d'une résonance d'un défaut encastrée-libre accroché à une poutre phononique a été démontrée. Cette amélioration est attribuée au confinement de l'énergie mécanique par la poutre phononique dont la bande interdite recouvre la fréquence de résonance du défaut. En parallèle de ces activités, une plateforme pompe sonde hétérodyne femtoseconde a été utilisée pour caractériser la propagation des ondes élastiques à la surface de films minces microstructurés. Une forte anisotropie ainsi qu'une réduction des vitesses des ondes a été mis en évidence. Ces observations ont été reliées aux micro-structurations particulières des films, avec des simulations en éléments finis.
Author: Sid Ali Mansoura Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 168
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Le contrôle de la propagation des ondes acoustiques connait ces dernières années des applications potentielles notamment en réalisation de filtres électriques, mais aussi dans le contrôle de la vibration des structures mécaniques et l'isolation sonore. Le principe général de ce contrôle est d'attribuer aux ondes acoustiques des propriétés de propagation pouvant être modulées par une action extérieure. Dans ce contexte, l'étude menée au cours de cette thèse porte sur la possibilité de contrôler la propagation des ondes acoustiques en utilisant des matériaux piézoélectriques . Ces matériaux présentent des propriétés élastiques qui sont couplées aux grandeurs électriques à l'issu de leur processus de fabrication. La vibration d'une couche piézoélectrique est affectée par les conditions aux limites électriques imposées au niveau de ses électrodes. Un moyen simple d'imposer des conditions aux limites électriques à ce type de matériau est de connecter une impédance de charge (capacité positive, capacité négative, inductance) à ses électrodes. Les fréquences de résonnances caractéristiques de la couche piézoélectrique sont alors affectées selon la nature de cette charge. Une capacité positive permet de diminuer la fréquence de résonnance parallèle d'une couche piézoélectrique pour atteindre sa fréquence de résonnance série. En revanche, une capacité négative donne la possibilité d'augmenter la fréquence de résonnance parallèle de la couche piézoélectrique loin de la fréquence fondamentale de son mode en épaisseur. Le ca particulier d'un charge inductive offre une large possibilité de contrôler la propagation des ondes acoustiques à travers le cp piézoélectrique. Il permet d'ouvrir un gap d'hybridation dans une structure piézoélectrique unidimensionnelle, de contrôler sa position en fréquence pour provoquer l'ouverture d'une bande passante au sein du gap de Bragg, d'atténuer les ondes acoustiques dans une bande passante notamment en basses fréquences.
Author: Youssef El Hassouani
Author: Youssef El Hassouani
Author: Youssef El Hassouani
Author: Yan Pennec
Author: Nadège Kaïna
Author: Marc Dubois
Author: Yan Pennec
Author: Noura Gasmi
Author: Aurélien Merkel
Author: Etienne Coffy
Author: Sid Ali Mansoura