Cours d Opto-Electronique
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- Ghislaine Lefèvre
- il y a 5 ans
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1 Département Génie Electrique Cours d Opto-Electronique 4GEA Chapitre
2 Chapitre 1 Chapitre 2 - Rappels et définitions - Thermométrie - Grandeurs photométriques - Emetteurs (LED et LASER) - Récepteurs (photodiodes, ) Chapitre 3 - Fibres optiques - Capteurs à fibres optiques Chapitre 4 - Ecrans LCD, OLED - Capteurs d images - Opto-coupleurs Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 2/52
3 2-1/ Retour : sources de rayonnement - toutes émissions lumineuses => transition énergétique de particules (électrons) - transition => perte d énergie (désexcitation des particules) - loi d Einstein : - E niveaux d énergie - f fréquence de l onde - h = 6, Js Interaction Photon-matière : effets photo-électriques Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 3/52
4 3 types d interaction - L absorption - L émission spontanée - L émission stimulée ou induite Photodiodes, LED LASER Photon -> électron+trou E g < hf électron+trou -> Photon E g = hf 2 photons en phase Amplification de lumière Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 4/52
5 Etat de repos Absorption Emission spontanée - Chaleur - Décharge électrique - Lumière Emission stimulée ou induite Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 5/52
6 Attention Transitions non radiatives importantes => chaleur Pompage Pour apporter l énergie de transition hautes aux atomes Thermique, électrique ou optique Les transitions ne sont pas toujours directes Bande d absorption E3 Transition non radiative Système LASER à 4 niveaux Transition radiative Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 6/52
7 Attention Transitions non radiatives importantes => chaleur Pompage Pour apporter l énergie de transition hautes aux atomes Les transitions ne sont pas toujours directes Thermique, électrique ou optique Bande d absorption E3 Transition non radiative Système LASER à 4 niveaux Transition radiative Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 7/52
8 Cas de la fluorescence et de la phosphorescence Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 8/52
9 Electroluminescence Emission spontanée La ré-absorpion existe aussi! Transition directe Le gap du matériau doit être direct Pas d amplification Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 9/52
10 Cas des semi-conducteurs Structures de bandes Ge Si GaAs Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 10/52
11 Résumé E g de 8 à 10 ev λ< 0,15 µm E g de 1 à 3 ev λ< 1,1 µm pour le Si Courant électrique Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 11/52
12 Puits quantiques Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 12/52
13 2-2/ Diode Electroluminescente 4 : fil de bonding 5p : couche de type P (en excès de trous) 5n : couche de type N (en excès d'électrons) 5a : couche active (zone de charge d espace) 6 : coupelle réflectrice Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 13/52
14 Spectres d électroluminescence Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 14/52
15 Spectres d électroluminescence Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 15/52
16 Spectres d électroluminescence Matériaux Longueur d onde Tension de seuil GaP 0,55 µm (vert) 2,1 V AlAs 0,59 µm (vert) GaAs 0,66 µm (rouge) 1,8 V InP 0,93 µm (IR) 2,1 V AlGaAs 0,77 à 0,87 µm InGaAsP 1,1 à 1,67 µm GaN 0,47 µm (bleu) 2 V PbSnSeTe (IV-VI) 4 à 10 µm IR lointain InAs SB Ob 1,9 à 3,7 µm IR moyen ZnS Se (II-VI) 0,4 à 0,52 µm bleu Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 16/52
17 Spectres d électroluminescence Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 17/52
18 Caractéristiques des LED - faible cohérence spatiale (> 100 µm) - faible cohérence temporelle (Δλ : 40 à 80 nm) - faible et moyenne puissance - Packaging varié - Nombreuses couleurs disponibles - bon rendement optique : 50 à 700 lm/w - Bonne efficacité optique - Faibles dimensions et faibles poids - Longues durées de vie (>30 000h) Applications : - signalisation - Eclairage et rétro-éclairage - Afficheurs - Capteurs (dédecteur de passage) - Transmission Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 18/52
19 Types de boîtiers Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 19/52
20 Efficacité énergétique Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 20/52
21 Fabrication Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 21/52
22 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 22/52
23 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 23/52
24 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 24/52
25 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 25/52
26 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 26/52
27 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 27/52
28 Alimentation Témoin de tension secteur alternative Courant constant Régulateur spécialisé Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 28/52
29 LED blanches A/ Reconstitution RGB = LED Rouge + LED verte + LED Bleu B/ LED UV + Phosphore RGB C/ LED bleue + Phosphore jaune > mélange D/ LED bleue + multiples phosphores Efficacité de l ordre 280 lm/w E/ Autres Reconstitution RGB Spectre non uniforme Solution historique Liberté de choix de la couleur obtenue Instabilité en température Mauvaise tenue dans le temps Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 29/52
30 LED UV + phosphore RGB Spectre plus étalé, plus proche d un spectre d une lumière naturelle Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 30/52
31 LED bleue + phosphore jaune Méthode la plus courante La phosphorescence jaune a un spectre étalé Spectre finale non uniforme Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 31/52
32 LED bleue + multiples phosphores Obtention d un blanc chaud 2 phosphores : vert et rouge Spectre proche des LED RGB Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 32/52
33 Autre : Double LED Technologie non mature Une partie des photons bleus sont absorbés par la 2ième led qui ré-émet du rouge Meilleure efficacité énergétique (?) Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 33/52
34 Comparatif Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 34/52
35 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 35/52
36 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 36/52
37 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 37/52
38 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 38/52
39 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 39/52
40 Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 40/52
41 A suivre Chapitre 2 : Sources (LED et LASER) 41/52
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