Advances in Electromagnetic Reciprocal and Nonreciprocal Bianisotropic Metasurfaces

Les métasurfaces électromagnétiques sont de minces structures artificielles composées d'un arrangement de particules conçues pour produire des propriétés électromagnétiques qui ne sont pas présentes naturellement dans les matériaux conventionnels. Au cours des dernières années, les métasurface ont démontré leur capacité sans précédent à contrôler les ondes électromagnétiques. En effet, il a été démontré que les métasurfaces permettent le contrôle de différents aspects fondamentaux des ondes électromagnétiques comme la polarisation, la direction de propagation, la phase, l'amplitude et la forme des faisceaux. Les métasurfaces étant des structures électromagnétiquement minces, elles peuvent être modélisées comme étant une discontinuité électromagnétique dans l'espace ayant une épaisseur nulle. Sous cette approximation, une généralisation des conditions aux limites conventionnelles qui incluent des courants de polarisation de surface, appelées les Generalized Sheet Transition Conditions (GSTCs), peuvent être utilisées pour modéliser les métasurfaces. Les GSTCs permettent de modéliser non seulement des réponses électriques et magnétiques, mais aussi des réponses électro-magnétiques/magnéto-électriques correspondant à de la bianisotropie. Cette modélisation bianisotropique des métasurfaces est essentielle puisqu'au cours des dernières années, il a été démontré que de nombreuses opérations fondamentales pouvant être effectuées par des métasurfaces nécessitent la présence de réponses bianisotropes pour être réalisées de manière pleinement efficace. Dans cette thèse, nous présentons des avancées liées aux métasurfaces bianisotropes réciproques et non-réciproques. Dans la première partie, nous étudions le contrôle de la réfraction à l'aide de métasurfaces bianisotropes passives et réciproques. Les premières métasurfaces conçues pour contrôler la réfraction à l'aide de l'approche du gradient de phase avaient des problèmes pour de grands angles de réfraction en raison de l'excitation d'ordres de diffraction indésirables ce qui limitait leur efficacité. Heureusement, il a récemment été démontré théoriquement qu'inclure des réponses bianisotropes permettrait de concevoir des métasurfaces réfractives pour des grands angles avec une efficacité maximale. Dans ce travail, nous présentons la modélisation mathématique, la conception, la simulation et la démonstration expérimentale de métasurfaces bianisotropes réalisant la réfraction à grands angles sans ordres de diffraction indésirables, et donc avec une efficacité optimale. Par la suite, nous étudions la généralisation, avec l'utilisation de métasurfaces bianisotropes, d'un phénomène fondamental lié à la réfraction: l'effet de Brewster.