Coupleurs fibres-métasurfaces aux fréquences THz

Les métamatériaux sont une classe de matériaux artificiels dont les propriétés électromagnétiques peuvent être choisies lors de la conception. Les capacités démontrées sont très variées, allant de filtres fréquentiels à l'augmentation des effets quantiques tels que l'effet Hall de spin du photon. Bien que ces matériaux soient théoriquement maîtrisés, leur fabrication est beaucoup plus problématique. On considère que les éléments des métamatériaux doivent être en dessous de la limite des matériaux effectifs ( < λ/10). De plus, il est difficile d'assembler une structure périodique en 3 dimensions si les éléments sont petits. Pour ces raisons, les métamatériaux sont généralement imprimés sur une surface, en 2 dimensions, que l'on appelle métasurfaces ; on produit ces métasurface généralement pour les fréquences THz (∼ 1012 Hz) ou plus bas puisque la longueur d'onde est suffisamment large pour rendre aisée la fabrication. Les fréquences THz auxquelles sont produits ces métasurfaces ont également plusieurs problèmes. L'absorption dans la plupart des matériaux traditionnels est relativement large(par exemple, le BK7 a des pertes de 20 dB / cm) et les puissances fournies par les sources sont relativement faibles (100 μW pour une source de spectroscopie THz dans le domaine du temps (THz-TDS) standard). Ces métasurfaces peuvent donc jouer un rôle important en remplaçant une large partie des matériaux manquants. De plus, les propriétés résonantes des ces matériaux peuvent être utilisées pour fabriquer des senseurs et autres dispositifs importants. Un problème majeur avec l'implémentation de ceux-ci est le fait qu'ils sont toujours utilisées avec un faisceau libre et non un guide d'onde. Une géométrie simple pour implémenter un guide d'onde est d'utiliser un coupleur standard où un guide est placé au-dessus de la métasurface. Plusieurs articles sur les métasurfaces font une analyse en termes de paramètres effectifs,sans porter d'attention particulière à l'angle d'incidence sur la surface. Or, force est de constater qu'une large partie des publications récentes sur le sujet montrent que ce critère est loin d'être respecté et que la permittivité est une fonction de l'angle d'incidence ; ceci a une influence immense sur les propriétés d'un coupleur bâti à l'aide d'un tel matériau. Premièrement,la modélisation ne s'effectue plus en deux dimensions, avec une expression simple de la permittivité pour la métasurface. Deuxièmement, le couplage contra-directionnel devient possible puisque la périodicité s'approche du vecteur d'onde. Ce mémoire présente la modélisation d'un coupleur fibre-métasurface tenant compte de ces problèmes.