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Sources de rayonnement 1ère partie: LEDs. 2 Diodes électro-luminescentes (LEDs) Principe inverse de la photo-diode polarisation dans le sens passant Tension.

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1 Sources de rayonnement 1ère partie: LEDs

2 2 Diodes électro-luminescentes (LEDs) Principe inverse de la photo-diode polarisation dans le sens passant Tension extérieure passage des porteurs majoritaires vers lautre région injection de porteurs minoritaires

3 3 Recombinaison Près de la jonction concentration de porteurs -majoritaires (existants) -minoritaires (injectés) Recombinaison passage dun e- -du bas de la BC -au haut de la BV Transition non-radiative: chaleur radiative: émission dun photon

4 4 Transition radiative ou non ? Gap direct photon: pas de quantité de mouvement transition radiative préféré pour LEDs Gap indirect transfert de nécessaire transition non-radiative (chaleur) passage par niveau dune impureté

5 5 Largeur de bande interdite Longueur donde Semiconducteurs ternaires / quaternaires GaAs 1-x P x (IR / visible) AlInGaP (visible) In 1-x Ga x As 1-y P y ( = 0,9 … 1,7 µm)

6 6 Largeur spectrale Agitation thermique Energie des photons

7 7 Rendement Rendement quantique interne nombre de photons par recombinaison très bon dans les sc III-V Rendement externe nombre de photons par e - injecté limité par -absorbtion dans le matériau couche p très mince -réfraction

8 8 Emission des photons Réfraction indice du sc III-V: 3,5 indice de lair: 1 réflexion totale pour i > i C = 17° 98% réfléchi ! Couplage avec la fibre optique émission proportionnelle à NA fibre relativement faible -ex. NA = 0,24 r max 14° -perte 12,5 dB (94%)

9 9 LED optimisée (Burrus) Zone active réduite contact métallique émission très localisée Adaptation des indices résine transparente n intermédiaire entre GaAs et fibre optique Structure multicouche optimise le rendement quantique interne

10 10 Temps de réponse T r, T f fonction de la capacité de la jonction taille Signalisation typ. µs Télécom qques ns … qques dizaines de ns

11 Sources de rayonnement 2ème partie: Lasers

12 12 Emission spontanée Niveaux dénergie E 1 E 2 -absorption dun photon h = (E 2 -E 1 ) E 2 E 1 -émission spontanée h = (E 2 -E 1 ) Equilibre thermique E2E2 E1E1 n2n2 n1n1 AbsorptionEmission

13 13 Emission stimulée Passage de E 2 E 1 stimulé par photon h = (E 2 -E 1 ) onde de -même fréquence -même phase que londe incidente Taux démission proportionnel à n 2 à densité de photons ( 12 )

14 14 Taux de transitions A 21, B 12 et B 21 : coefficients dEinstein B 12 = B 21

15 15 Emission stimulée dominante Emission spontanée grande densité de photons ( 12 ) Absorbtion n 2 > n 1 : inversion de population

16 16 LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Dispositif qui procure grande densité de photons ( 12 ) inversion de population NOVA (1984) Lawrence Livermore National Laboratory 2×10 14 W / 1 ns

17 17 Augmentation de la densité de h Cavité résonante 2 miroirs semi-transparents Allers-retours création de nouveaux h interférences constructives -ondes en phase après 1 A/R

18 18 Inversion de population Jonction p-n (polarisée sens passant) injections de - dans la BC injection de trous dans la BV Situation de non-équilibre inversion de population localisée autour de la jonction -zone active du laser

19 19 Etablissement du courant dans la jonction Courant de seuil dabord émission spontanée puis inversion de population et émission stimulée Spectre sous le seuil -spectre large (= LED) au-dessus -1 mode domine -satisfait à

20 20 Laser à hétérojonction Diminution du courant de seuil réduction de la dissipation augmentation de puissance moyen: augmenter la densité locale de charges Construction couche de p-GaAs entre n-AlGaAs et p-AlGaAs

21 21 Laser à hétérojonction Confinement des porteurs gap GaAs < gap AlGaAs e - bloqués dans le GaAs par barrière de potentiel idem pour les trous augmentation de densité Confinement des photons par un effet de guide dondes indice GaAs > indice AlGaAs Variantes Ga x In 1-x As 1-y P y : pour = 1,1 … 1,55 µm

22 22 Construction Croissance des couches sur un substrat Clivage du substrat facettes réfléchissantes longueur de cavité: ~ mm Emission par la tranche section elliptique, perpendiculaire aux couches « far field »

23 23 Laser à cavité verticale (VCSEL) Miroirs parallèles au substrat structure multicouche diffractive (DBR) Longueur de cavité ~ 1 µm 1 seul mode possible laser monomode Emission par la surface section circulaire étroite

24 24 Avantages / inconvénients Diode LaserVCSEL Coût de fabricationélevébas Puissanceélevéebasse Bande passante2 GHz6 GHz Couplagemoyenbon Testcomplexeaisé Possibilités dintégrationnonoui


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