Descriptif
Le cours détaille les propriétés spécifiques des sources à semiconducteur (diodes électroluminescentes, diodes laser à émission par la tranche et par la surface), en relation avec leurs applications. Les principes physiques sont décrits, les caractéristiques des sources en relation avec l'état de l'art sont commentées, et les principales problématiques sont mises en évidence.
Objectifs pédagogiques
comprendre l'origine des propriétés spécifiques des sources à base de matériaux semiconducteur, et les enjeux actuels; être en mesure d'effectuer une lecture critique d'articles scientifiques du domaine.
- Cours magistral : 12
- Travaux dirigés : 6
effectifs minimal / maximal:
10/32Diplôme(s) concerné(s)
UE de rattachement
- 8P-170-SCI : Enseignements scientifiques électifs
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Physique des lasers, Physique du semiconducteur, Optique des ondes guidées
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Master 1 Irène Joliot Curie
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Le coefficient de l'UE est : 50
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Vos modalités d'acquisition :
analyse d'un article de revue sur la thématique - en binôme
examen écrit - 1 h (feuille A4 R/V, calculatrice)
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Le coefficient de l'UE est : 50
Programme détaillé
Introduction
- Marchés, Applications (LED, DL), Historique rapide
- Interactions photons/électrons-trous dans un semiconducteur
Rappels
- Répartition des porteurs à l'éq thermodynamique
- Niveau de Fermi
- Densités de porteurs mobiles
- Absorption/ Émission
- États joints optiquement
- Jonction PN
Description d’un SC hors équilibre
- Quasi-niveaux de Fermi & densités de porteurs
- Équations d’évolution spatio-temporelle des densités de porteurs
Taux d’absorption et d’émission de lumière dans un semiconducteur à gap direct
- Cas d’un système à 2 niveaux : le modèle d’Einstein
- Cas d’un matériau semiconducteur
- Absorption
- Expression du taux d’absorption
- Spectre d’absorption
- Émission stimulée
- Émission spontanée
- Absorption
Diodes électroluminescentes
- Description du composant
- Structure physique
- Répartition des porteurs
- Caractéristique P(I)
- Courant & densité de porteurs
- Puissance lumineuse, puissance extraite
- Techno
- Spectre d'émission
- LED blanches
Description d’une diode laser
- La cavité laser
- Gain optique dans une jonction PN polarisée en direct
- Spectre de gain
- États énergétiques dans des puits quantiques
- Transitions radiatives
- Conception d'une diode laser à puits quantique
Propriétés de l'émission des diodes laser
- Injection de porteurs, confinement transverse et profil spatial
- Profil spatial de l'émission
- Caractéristique Popt= f(I)
- Courant de seuil d’une diode laser
- Puissance lumineuse et efficacité externe
- Rendement électrique/optique et effets thermiques
- Analyse des performances
- Exemples divers et variés
- Le cas particulier des VCSEL
- Technologie de fabrication des diodes laser
- Propriétés spectrales de l'émission
- Modes longitudinaux
- Accordabilité
- Stabilisation de fréquence / contrôle du spectre
- technologies à réseau de Bragg intégré : DFB/DBR
- Caractéristiques de modulation
- Équations d'évolution dynamique des porteurs et des photons
- Modulation d’amplitude, modulation de fréquence d’une diode laser
- Diodes laser en régime impulsionnel
