Ultra-réfraction

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Le phénomène d'ultra-réfraction est un phénomène de réfraction anormal en électromagnétisme, pour lequel l'onde réfractée se propage de l'autre côté de la normale à la surface que l'onde incidente (jusqu'ici tout est normal), mais avec un angle de réfraction supérieur à l'angle d'incidence. Cela revient à considérer que le milieu de réfraction possède un indice optique de réfraction n compris entre 0 et 1. En effet si l'on considère par exemple une interface plane séparant comme milieu d'incidence le vide et comme milieu de réfraction un matériau d'indice n, alors la loi de la réfraction à cette interface donne

$sin(\theta_i) \ = \ n sin(\theta_r)$ soit $n \ = \ \frac{sin(\theta_i)}{sin(\theta_r)}$ .

où $s i n (θ i)$ et $s i n (θ r)$ représentent respectivement l'angle d'incidence et l'angle de réfraction que fait l'onde qui se propage par rapport à la normale à l'interface. En général, dans le cas d'une réfraction avec un matériau classique, $s i n (θ i) > s i n (θ r)$ et donc l'indice du matériau $n > 1$ . Dans le cas d'une ultra-réfraction avec un matériau dit ultra-réfractif, $s i n (θ i) < s i n (θ r)$ et donc l'indice du matériau $n < 1$ . À noter que dans ce cas la vitesse de phase $V φ = c / n$ est plus grande que la vitesse de la lumière dans le vide c. En fait la vitesse de groupe, relatant la vitesse réelle de propagation de l'onde, reste inférieure à c.

Un tel phénomène n'apparaît pas dans les matériaux naturels, mais dans des matériaux artificiels nommés métamatériaux, pour l'instant l'ultra-réfraction n'a été observée expérimentalement que dans le domaine des micro-ondes.

[modifier] Application

En renversant l'explication précédente, c'est-à-dire en considérant une interface plane séparant un milieu incident ultra-réfractif du vide, alors on voit que l'angle de réfraction (dans le vide) est beaucoup plus faible que l'angle d'incidence (dans le métamatériau ultra-réfractif). En conséquence, si l'on place une source rayonnant de manière quelconque dans le métamatériau, l'ensemble source + métamatériau rayonne de manière directive le long de la normale à l'interface, bref l'ensemble source quelconque + métamatériau ultra-réfractif se comporte comme une source directive plate. Cette propriété à des applications comme les antennes directives compactes.