Modélisation, réalisation et caractérisation de cristaux photoniques tridimensionnels en vue d'applications à la compatibilité

Abstract

L’objet de ce manuscrit est l’étude de l’interaction d’une onde électromagnétique avec des matériaux dont l’indice de réfraction est modulé périodiquement à l’échelle de la longueur d’onde. Ces matériaux sont communément appelés des cristaux photoniques ou matériaux à bande interdite photonique du fait de leur analogie très forte avec les structures cristallines étudiées en physique du solide. A partir de ce domaine de la physique, nous expliquerons leurs propriétés atypiques, comme le fait d’interdire tout état propagatif sur une gamme de fréquence, de localiser spatialement ou fréquentiellement une onde, d’obtenir une ultraréfraction, une réfraction négative. . . Nous étudierons et comparerons la plupart des méthodes permettant de modéliser les cristaux photoniques dont une plus particulièrement, la multidiffusion. Cette théorie analytique est appliquée à une collection de diffuseurs sphériques plus ou moins ordonnés afin d’étudier différents types de défauts apparaissant dans les cristaux photoniques. Les techniques de mesure en espace libre développées pour ces matériaux confirmeront nos résultats théoriques. Elles nous permettront aussi de caractériser en micro-ondes des cristaux photoniques tridimensionnels réalisés à partir de polymères conducteurs. Ces matériaux dont leur première application est la compatibilité électromagnétique pourront dans un futur proche bouleverser le domaine des télécommunications optiques et micro-ondes.