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Cours - 8P-178-PHO : Sources à Semiconducteurs - Electif3

Domaine > Photonique.

Illustration de la fiche

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.

18 heures en présentiel
réparties en:
  • Cours magistral : 12
  • Travaux dirigés : 6

effectifs minimal / maximal:

10/32

Diplôme(s) concerné(s)

UE de rattachement

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 20

Pour 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 : 33.3

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

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

 

 

 

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Mots clés

Sources laser, diodes électroluminescentes, diodes laser, LED

Méthodes pédagogiques

cours, TD d'applications
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