Miroir à Retournement Temporel Analogique basé sur un processeur atomique – ATRAP

La propagation d'ondes dans des milieux complexes donne lieu à des déformations du front d'onde, ainsi que des phénomènes de dispersion, de diffraction et d'atténuation qui se traduisent par une dégradation de la focalisation spatiale et temporelle. En particulier, la multiplicité des chemins optiques déforme et allonge le signal. Dans des milieux réverbérants, cette déformation est si forte que le signal initial peut être totalement brouillé.

Parmi les nombreuses techniques de focalisation en milieu complexe, le retournement temporel est particulièrement puissant et universel car il ne nécessite aucune connaissance préalable du milieu de propagation: le retournement temporel bénéficie en réalité des événements de réflexion et diffusion qui se produisent lors de la propagation. Il consiste à émettre une impulsion courte avec un émetteur placé au point A, et à enregistrer le signal reçu par un détecteur placé au point B. Ce signal reçu correspond à la réponse impulsionnelle du canal de transmission entre A et B. Puis le signal reçu par B est retourné temporellement et réémis par un émetteur placé au point B. Grâce à l'invariance des équations de propagation des ondes par l'opérateur de retournement temporel, l'onde émise par B va se propager à travers le milieu et se refocaliser à la fois temporellement et spatialement sur le point A. Cette refocalisation est d'autant plus efficace que le milieu est fortement réverbérant. Le canal de transmission de B vers A est alors utilisable en pré-corrigeant les signaux émis par B.

D'abord proposée pour les ondes acoustiques (avec des applications dans le domaine médical), l'utilisation du retournement temporel pour focaliser des ondes a par la suite été transposée dans le domaine électromagnétique. Les démonstrations de principe réalisées en 2004 et 2006 dans des chambres réverbérantes sont un premier pas vers une amélioration de la portée et de la directionalité des émetteurs sans fil et radars en environnement naturel (urbain par exemple). Néanmoins, ces applications requièrent des critères de performance très exigeants pour l'opération de retournement temporel (la conservation de la phase, la capacité à traiter des signaux de 1µs ou plus, le fonctionnement large bande (GHz), et la faible latence (meilleure que la ms)), que les techniques actuelles (aussi bien numériques qu'analogiques) sont incapables de satisfaire simultanément.

Le projet ATRAP vise à développer la première architecture de retournement temporel pour des signaux électromagnétiques, qui satisfasse à tous les critères de performance énoncés précédemment, de façon à permettre la refocalisation de signaux RF large bande dans un milieu complexe non stationnaire. Cette architecture est purement analogique pour s'affranchir des limites liées à la conversion analogique-numérique. Elle est basée sur un processeur atomique dans lequel des processus transitoires cohérents sont mis en oeuvre dans un cristal dopé avec des ions de terre rare. Ce projet aura certainement des répercussions et développement intéressants dans le domaine de la guerre électronique et de la communication sans fil.