Sources de rayonnement

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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 extérieure
• passage des porteurs majoritairesvers lautre
  région
• injection de porteurs minoritaires

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

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Transition radiative ou non ?

• Gap direct
• photon pas de quantitéde mouvement
• transition radiative
• préféré pour LEDs
• Gap indirect
• transfert denécessaire
• transition non-radiative (chaleur)
• passage par niveau dune impureté

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Largeur de bande interdite

• Longueur donde
• Semiconducteurs ternaires / quaternaires
• GaAs1-xPx (IR / visible)
• AlInGaP (visible)
• In1-xGaxAs1-yPy (l 0,9 1,7 µm)

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Largeur spectrale

• Agitation thermique
• Energie des photons

7
Rendement

• Rendement quantique interne
• nombre de photons parrecombinaison
• 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

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Emission des photons

• Réfraction
• indice du sc III-V 3,5
• indice de lair 1
• réflexion totale pour i gt iC 17
• 98 réfléchi !
• Couplage avec la fibre optique
• émission proportionnelle à
• NA fibre relativement faible
• ex. NA 0,24 ? rmax ? 14
• perte ? 12,5 dB (94)

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LED optimisée (Burrus)

• Zone active réduite
• contact métallique
• émission très localisée
• Adaptation des indices
• résine transparente
• n intermédiaire entre GaAset fibre optique
• Structure multicouche
• optimise le rendement quantique interne

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Temps de réponse

• Tr, Tf
• fonction de la capacité de la jonction
• taille
• Signalisation
• typ. µs
• Télécom
• qques ns qques dizaines de ns

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Sources de rayonnement

• 2ème partie Lasers

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Emission spontanée

• Niveaux dénergie
• E1 ? E2
• absorption dun photon hn12 (E2-E1)
• E2 ? E1
• émission spontanée hn12 (E2-E1)
• Equilibre thermique

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Emission stimulée

• Passage de E2 ? E1
• stimulé par photon hn (E2-E1)
• onde de
• même fréquence
• même phase
• que londe incidente
• Taux démission proportionnel
• à n2
• à densité de photons r(n12)

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Taux de transitions

• A21, B12 et B21 coefficients dEinstein
• B12 B21

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Emission stimulée dominante

• Emission spontanée
• grande densité de photons r(n12)
• Absorbtion
• n2 gt n1 inversion de population

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LASER

• Light Amplification by Stimulated Emission of
  Radiation
• Dispositif qui procure
• grande densité de photons r(n12)
• inversion de population

NOVA (1984) Lawrence Livermore National
Laboratory 21014 W / 1 ns
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Augmentation de la densité de hn

• Cavité résonante
• 2 miroirs semi-transparents
• Allers-retours
• création de nouveaux hn
• interférences constructives
• ondes en phase après 1 A/R

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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

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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

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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

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Laser à hétérojonction

• Confinement des porteurs
• gap GaAs lt gap AlGaAs
• e- bloqués dans le GaAspar barrière de potentiel
• idem pour les trous
• augmentation de densité
• Confinement des photons
• par un effet de guide dondes
• indice GaAs gt indice AlGaAs
• Variantes
• GaxIn1-xAs1-yPy pour l 1,1 1,55 µm

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Construction

• Croissance des couchessur un substrat
• Clivage du substrat
• facettes réfléchissantes
• longueur de cavité mm
• Emission
• par la tranche
• section elliptique, perpendiculaire aux
  couches far field 

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Laser à cavité verticale (VCSEL)

• Miroirs parallèles au substrat
• structure multicouchediffractive (DBR)
• Longueur de cavité 1 µm
• 1 seul mode possible
• laser monomode
• Emission
• par la surface
• section circulaire étroite

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Avantages / inconvénients