Propagation des ondes électromagnétiques

Compétences requises

Cours Électromagnétisme des classes préparatoires (MP, PC)

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Mathematic basis, plane wave propagation in isotropic homogenous media

Compétences visées

• Revoir et consolider les bases physique utilisées dans les applications optoélectroniques, photonique et l’imagerie médicale (sources, détecteurs, propagation, propriétés d’une onde électromagnétique).
• Réponse des milieux aux ondes électromagnétiques : description qualitative et quantitative des 
  phénomènes (dispersion, polarisation, absorption, diffusion, réfraction,…).
• Bases physique et phénomènes mises en jeu dans la « compatibilité électromagnétique ».
• Présenter des applications en photonique et dans le domaine médical. 

Formulation et recherche des solutions théorique d’un problème d’électromagnétisme : symétries, conditions aux limites. 

Place de l’électromagnétisme dans la physique de la vie courante et dans les nouvelles technologies.

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• Remind and enforce the physical basis needed for optoelectronic, photonic and medical imaging applications (sources, detectors, propagation, electromagnetic waves properties).
• Study basic electromagnetic wave interactions with materials: overview and technical approach of these phenomena (dispersion, polarization, absorption, scattering, refraction,… ).
• Give physical basis for «electromagnetic compatibility ».
• Present applications in photonics and medical engineering. 

Modeling and theoretical study of a linear electromagnetic problem. Symmetries, boundary conditions.

Electromagnetism applications in physics, current live and advanced technologies.

Syllabus

1. Introduction : objectifs, historique, applications.
2. Sources et ondes associées
   Lois du corps noir, rayonnement d’un dipôle, antennes, laser, onde gaussienne, photodiode.
3. Propagation (volume) : Onde plane monochromatique en milieu homogène
   Équation de maxwell, concepts de base, bilan énergétique.
4. Propagation (surface) : Coefficients de Fresnel
   Coefficient de Fresnel, effet Brewster, réflexion totale interne, indice complexe, ondes évanescentes.
5. Ondes non monochromatiques : exemple d’une impulsion
   Dispersion, décomposition en ondes monochromatiques, transformée de Fourier, spectre, cohérence temporelle, interférences.
6. Ondes non planes : application à l’étude de la limite de diffraction
   Décomposition en onde plane.
7. Milieux non isotropes : effet de polarisation
   Biréfringence, polarisation, lames à retard et applications (LCD).

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1. Introduction: objectives, history and applications.
   
2. Source and associated waves: Black body, dipole, antennas, laser, Gaussian wave, photodiode.
   
3. Propagation (volume) : monochromatic plane wave in a isotropic medium
   Maxwell equation, Energy balance.
   
4. Propagation (interface between media): Fresnel coefficients 
   Fresnel coefficients, Brewster effect, total reflection, complex refractive index, evanescent waves.
   
5. Non monochromatic waves: example of a light pulse
   Dispersion, expansion in monochromatic waves, spectrum, temporal coherence, interférences.
   
6. Non plane waves: application to the diffraction limit.Expansion in plane waves, Fourier transform.
   
7. Anisotropic medium: polarization effect. Birefringence, polarization, wave-plate and applications (LCD).

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