Numerical modeling of wave propagation in passive and time-modulated media - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2025

Numerical modeling of wave propagation in passive and time-modulated media

Modélisation numérique de la propagation d’ondes dans des milieux passifs et modulés temporellement

Résumé

This report summarizes the work achieved during my 12-month apprenticeship at the Inria research center at Université Côte d’Azur, as part of the Atlantis project-team. The research activity of the team focuses on the numerical modeling of problems involving wave-matter interaction at the nanoscale (nanophotonics). The team mainly contributes to the development of computational methods to solve Maxwell’s equations in heterogeneous media, implemented in the DIOGENeS software suite. This report focuses on the numerical study of optical metasurfaces, which are ultra-thin artificial materials composed of nanometric light-scattering elements, engineered to achieve a given optical function. Metasurfaces have already been proven to be useful to fields such as imaging, beam forming, holography and polarimetry. The first part of this report contains the numerical study of a passive phase-gradient metasurface through inverse design and simulation with a high-order Discontinous Galerkin Time-Domain (DGTD) solver. The second part is motivated by the study of another type of metasurfaces called active or time-modulated metasurfaces. We first extend the DGTD method to propagation in time-varying media, then we validate its implementation through the comparison of numerical results with artificial and physical analytical solutions.
Ce rapport contient le travail effectué durant mon année d’apprentissage au Centre Inria d’Université Côte d’Azur, au sein de l’équipe-projet Atlantis. L’activité de recherche de l’équipe est centrée sur la modélisation numérique de problèmes d’interaction onde-matière à l’échelle nanométrique (nanophotonique). L’équipe contribue principalement au développement de méthodes numériques appliquées à la résolution des équations de Maxwell dans des milieux hétérogènes, implémentées dans la suite DIOGENeS. Ce rapport est centré sur l’étude numérique de métasurfaces optiques, qui sont des matériaux artificiels ultra-fins constitués d’éléments diffractants nanométriques, conçus pour accomplir une fonction optique donnée. Les métasurfaces ont déjà prouvé leur utilité dans des domaines tels que l’imagerie, la formation de faisceaux, l’holographie et la polarimétrie. La première partie de ce rapport contient l’étude numérique d’une métasurface passive à gradient de phase par design inverse et des simulations avec un solveur temporel Galerkin Discontinu (DGTD) d’ordre élevé. La deuxième partie est motivée par l’étude d’un autre type de métasurfaces appelées métasurfaces actives ou modulées temporellement. Nous étendons d’abord la méthode DGTD à la propagation dans des milieux dépendants du temps, puis nous validons son implémentation par la comparaison de la solution numérique avec des solutions analytiques artificielles et physiques.
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Dates et versions

hal-04873417 , version 1 (08-01-2025)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : hal-04873417 , version 1

Citer

Roman Gelly, Stéphane Lanteri, Mahmoud Elsawy. Numerical modeling of wave propagation in passive and time-modulated media. RR-9569, Centre Inria d'Université Côte d'Azur. 2025, pp.49. ⟨hal-04873417⟩
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