Dispositifs photoniques à indice nul pour le terahertz – DisPoNT

Le but du projet DisPoNT est de concevoir, fabriquer et caractériser des métamatériaux « tout diélectrique » pour étudier un nouveau champ de l’optique : l’optique à indice nul au Terahertz. Les matériaux à indice quasi-nul (NZI1) présentent des propriétés extraordinaires, qui permettront de « manipuler » la lumière à l’échelle micro/nano-métrique. La principale propriété des matériaux NZI est que la phase du champ EM y est quasiment constante, en raison du découplage des champs magnétique et électrique, qui résulte en un découplage du « spatial » (longueur d’onde) et du « temporel » (fréquence). La photonique à indice nul a donc des implications tant fondamentales qu’applicatives. Des systèmes antennaires et des dispositifs photoniques dans le domaine du Terahertz sont ici visés. Le rayonnement Terahertz a un fort pouvoir pénétrant de la matière, sans l’ioniser. Il permet de « voir » à travers de nombreux matériaux et ainsi de faire de l’imagerie. Il a des applications dans les télécommunications, la sécurité/défense, la biologie et le biomédical.

Les métamatériaux « tout diélectrique » « gagnent en maturité » et leur développement les orientent vers des « métadispositifs». Il faut, pour les réaliser, des pièces de céramiques à l’échelle micrométrique avec une très grande résolution. Il est alors indispensable de développer des procédés de fabrication innovants afin de fabriquer les matériaux et ensuite de les structurer suivant les caractéristiques requises permettant d’obtenir les résonances de Mie et l’indice effectif recherché. C’est le but du projet DisPoNT, partant des résultats du projet ANR TeraMetaDiel. Le développement de nouveaux procédés pour la fabrication de ces métamatériaux « tout diélectrique » relève de l’axe thématique 4 de l’appel à projet ASTRID 2021 : Ondes Acoustiques et Radioélectriques.
Le développement de ces métamatériaux « tout diélectrique » requiert la fabrication de pièces de céramique à l’échelle micrométrique avec une très haute résolution. Celle-ci a démarré durant le projet ANR TeraMetaDiel. Durant ce projet, nous avons démontrés que le SrTiO3 et le TiO2 sont les matériaux appropriés pour la réalisation de métamatériaux « tout diélectrique ». Nous avons aussi démontré le rôle du couplage de mode nécessaire à l’obtention d’un indice négatif ou nul. De même, nous avons conçu un composant photonique, un « méta-dispositif », à savoir, une lentille plate à gradient d’indice qui focalise une onde plane à 0,3 THz. Au vu de ses dimensions et ses caractéristiques, elle pourrait s’insérer dans un dispositif d’optique intégrée pour le THz. C’est aussi l’un des objectifs du projet DisPoNT que de réaliser un composant optique compact opérant au THz.