Metamaterials for optical and radio communications

Boubacar Kante; Abdelwaheb Ourir; Shah Nawaz Burokur; Frédérique Gadot; André de Lustrac

doi:10.1016/j.crhy.2007.10.004

Metamaterials for optical and radio communications
[Métamatériaux pour des applications optiques et télécoms]

Boubacar Kante ¹ ; Abdelwaheb Ourir ¹ ; Shah Nawaz Burokur ¹ ; Frédérique Gadot ¹ ; André de Lustrac ¹

¹ Institut d'électronique fondamentale, université Paris-Sud, UMR 8622 – CNRS, 91405 Orsay cedex, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 1, pp. 31-40.

Résumé
Abstract

Nous présentons ici deux exemples de métamatériaux pour des applications dans le domaine des télécoms. Le premier concerne la réalisation d'une antenne directive ultra-compacte reconfigurable électroniquement utilisant une surface partiellement réfléchissante (PRS) réalisée à l'aide d'un métamatériau composite. Le second traite du fonctionnement d'un métamatériau gaucher infrarouge en incidence normale. Dans la première application, nous utilisons cette surface partiellement réfléchissante pour réaliser une antenne à cavité résonnante à 8 GHz. Le métamatériau considéré a une phase variable contrôlée à l'aide de composants électroniques actifs et est utilisé pour la conception d'une antenne reconfigurable de type Fabry–Perot. Une résonance réglable entre 7,9 et 8,2 GHz est obtenue et une amélioration importante de la directivité de l'antenne est également observée pour une épaisseur de cavité aussi petite que $λ / 75$ (0,5 mm !). En ce qui concerne la deuxième application, nous présentons des simulations et des mesures effectuées sur un métamatériau fait de fils d'or et de nanostructures en forme de C, déposés sur un substrat de silicium aux longueurs d'onde infrarouges. Les deux résonances plasmoniques se produisent à 1,7 et à 4,2 μm, correspondant à une permittivité et une perméabilité simultanément négatives. Une version simplifiée de ce métamatériau destiné à la réalisation de superlentille en micro-onde est également proposée. Ce nouveau métamatériau est réalisé et caractérisé et son comportement gaucher est expérimentalement démontré.

We present here two examples of metamaterials for applications in the telecoms domain. The first concerns the realization of an ultra compact directive electronically reconfigurable antenna. The second deals with an infrared left-handed metamaterial working under normal incidence. For the first application, we use a composite phase varying metamaterial. An adjustable resonance radiating frequency between 7.9 and 8.2 GHz is obtained and a drastic enhancement in the directivity of the antenna is observed for a cavity thickness as small as $λ / 75$ (0.5 mm!). Concerning the second application we present simulations and measurements of a metamaterial made of gold wires and C-shaped nanostructures on silicon at infrared wavelengths. Both plasmonic resonances occur at 1.7 and 4.2 μm, corresponding to a simultaneously negative permittivity and permeability. A simplified version of this metamaterial is realized in the microwave domain. This new metamaterial is characterized and the left-handed behavior is experimentally demonstrated.

Publié le : 2008-01-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2007.10.004

Keywords: Metamaterial, Antenna, Varactor, Left-handed material, Plasmonic, Infrared metamaterial, Negative index
Mot clés : Métamatériau, Antenne, Varacteur, Matériau à indice de réfraction négatif, Plasmonique, Métamatériau pour l'infra-rouge, Indice de réfraction négatif

Affiliations des auteurs :

Boubacar Kante ¹ ; Abdelwaheb Ourir ¹ ; Shah Nawaz Burokur ¹ ; Frédérique Gadot ¹ ; André de Lustrac ¹

¹ Institut d'électronique fondamentale, université Paris-Sud, UMR 8622 – CNRS, 91405 Orsay cedex, France

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Boubacar Kante; Abdelwaheb Ourir; Shah Nawaz Burokur; Frédérique Gadot; André de Lustrac. Metamaterials for optical and radio communications. Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 1, pp. 31-40. doi : 10.1016/j.crhy.2007.10.004. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2007.10.004/

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