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Dispositifs optoélectroniques · PDF file 2020. 4. 6. · (Xe)4f 14 5d 2 6s 2 (Xe)4f 14 5d 3 6s 2 (Xe)4f 14 5d 4 6s 2 Tantale Tungstène Mn Maganèse (Kr)4d 5 5s 2 Re Rhénium Hf

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  • Dispositifs optoélectroniques

  • Programme

    • Chapitre 1. Interaction lumière-semi-conducteur

    • Propriétés de la lumière

    • flux lumineux,

    • flux luminance,

    • dualité onde-particule de la lumière,

    • spectre du rayonnement électromagnétique,

    • différents types d’interactions lumière-matière: photoconducti-vité, photo-ionisation, photoélectron, photovoltaïque.

  • • Chapitre 2. Propriétés électronique et optique des semi-conducteurs

    • Structure de bandes des semi-conducteurs, notions sur les bandes d'énergie,

    • processus radiatif et non radiatif dans les semi- conducteurs,

    • phénomène d’absorption de la lumière, composants d'optoélectronique: capteurs et détecteurs de lumière.

  • • Chapitre 3. Emetteurs de lumière Diodes électroluminescentes: principe, caractéristiques électriques et spectrale, différents types de diode LED, diodes laser: oscillation laser, caractéristiques électriques et spectrale, différents types de diode laser.

  • • Chapitre 4. Détecteurs de lumière • Photorésistance: fonctionnement, technologie, symboles et

    codifications, schémas et applications. Photodiode: fonctionnement, caractéristiques électriques, caractéristiques optiques, symboles et codifications, circuits associés.

    • Phototransistor: principe, caractéristiques, symboles et codifications, schémas et applications.

    • Cellules photovoltaïques (Photopile, Batterie solaire): effet photovoltaïque, fabrication des cellules. Afficheurs à cristaux liquides, Photomultiplicateur, Capteurs d’images.

  • • Chapitre 5.Fibres optiques Introduction, optique géométrique, structure de la fibre optique, types de fibres, atténuation, dispersion, fonctionnement des fibres optiques (guidage de l'onde, paramètres, phénomènes non linéaires), connectiques et pertes dans les fibres.

  • • Chapitre 1. Interaction lumière-semi-conducteur

    • Propriétés de la lumière

    • flux lumineux

    • flux luminance

    • dualité onde-particule de la lumière

    • spectre du rayonnement électromagnétique

    • différents types d’interactions lumière- matière:photoconducti-vité,

    • photo-ionisation, photoélectron, photovoltaïque.

  • Qu’est-ce que la lumière?

    La lumière est une forme d’énergie, tout comme l’électricité ou la chaleur. Elle est composée de minuscules particules que l’on appelle photons et se déplace sous forme d’onde.

    La lumière est en fait générée par les vibrations des électrons dans les atomes. Il s’agit donc d’un mélange d’ondes électriques et magnétiques : on dit que la lumière est une onde électromagnétique.

  • • Dans le vide, la lumière se déplace en ligne droite à une vitesse de près de 300 000 km/s. À cette vitesse, nous pourrions faire sept fois et demie le tour de la Terre en une seconde! Ceci est d’ailleurs la vitesse limite universelle. Rien dans l’Univers ne peut aller plus vite que la lumière.

    a) Vitesse finie Les scientifiques ont cru longtemps que la propagation de la lumière était instantanée. Au 17e siècle, on rejeta cette idée et on parvint à mesurer pour la première fois la célérité ou vitesse de propagation finie de la lumière. Dans les autres milieux transparents (eau, verre, ...), la lumière se propage toujours à une vitesse inférieure à 3,00X 108 m/s.

  • • Il existe plusieurs formes de lumière. Celle que nous connaissons est la lumière visible. Il existe cependant plusieurs autres formes d’ondes lumineuses : les infrarouges, les ultraviolets, les rayons X, etc.

    • Ce qui différencie ces types de lumière est la longueur d’onde ou encore la quantité d’énergie qu’elles transportent.

  • Spectre électromagnétique

  • Les longueurs d’onde du spectre visible s’étendent approximativement de 380 à 720 [nm].

  • Définition du flux lumineux

  • Aspect corpusculaire de la lumière

  • Energie des photon optique

  • Interaction lumière-matière

    • L'interaction entre la lumière et la matière est la base de la spectroscopie UV-visible : la lumière apporte l'énergie suffisante pour exciter les molécules d'intérêt. De précieuses informations peuvent être déduite à partir des spectre d'absorption ou d'émission.

  • Interaction lumière matière Diffusion, ionisation

    • Le rayonnement incident peut interagir de plusieurs manières avec l'atome :

    • il peut être diffusé, c'est-à-dire qu'il « rebondit » sur l'atome :

    • diffusion élastique : le rayonnement "rebondit" sans perdre d'énergie ; si le rayonnement incident est électromagnétique (lumière, rayon X) on parle de diffusion Rayleigh, si c'est un électron, on parle de rétrodiffusion ;

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_Rayleigh https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectron_r%C3%A9trodiffus%C3%A9

  • Interaction lumière matière.

  • • diffusion inélastique : le rayonnement "rebondit" avec perte d'énergie (voir la Diffusion Raman) ; si le rayonnement provoque l'éjection d'un électron faiblement lié, il perd donc de l'énergie, c'est la diffusion Compton ;

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusion_Raman https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Compton

  • Interaction lumière matière.

  • • il peut être absorbé, en provoquant une transition électronique :

    • si l'énergie incidente est faible, il provoque simplement le changement d'orbite d'un électron ;

  • Interaction lumière matière.

  • • si l'énergie est suffisante, il provoque une ionisation ; si le rayonnement incident est électromagnétique, on parle d'effet photoélectrique et l'électron éjecté est un photoélectron ; si le rayonnement incident est un faisceau d'électrons, les électrons éjectés sont des électrons secondaires.

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectron_secondaire

  • Interaction lumière matière.

  • Effet photovoltaïque • est un des effets photoélectriques. Il est mis en œuvre dans

    les cellules photovoltaïques pour produire de l'électricité à partir du rayonnement solaire. L’effet photovoltaïque a été découvert par le physicien français Edmond Becquerel et présenté à l'académie des sciences en 1839. Il est le produit du choc des photons de la lumière sur un matériau semi-conducteur qui transmet leur énergie aux électrons qui génèrent une tension électrique.

    • L’effet photovoltaïque est obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors des paires électrons- trous (excitation d'un électron de la bande de valence vers la bande de conduction) créant une tension ou un courant électrique. Plusieurs types de composants peuvent être créés à partir de ce principe. Ils sont appelés photodiodes, phototransistors ou des photopiles. Cet effet photovoltaïque est notamment utilisé dans les panneaux solaires photovoltaïques.

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_photo%C3%A9lectrique https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovolta%C3%AFque https://fr.wikipedia.org/wiki/Edmond_Becquerel https://fr.wikipedia.org/wiki/Acad%C3%A9mie_des_sciences_(France) https://fr.wikipedia.org/wiki/Photon https://fr.wikipedia.org/wiki/Semi-conducteur https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectron https://fr.wikipedia.org/wiki/Tension_%C3%A9lectrique https://fr.wikipedia.org/wiki/Bande_de_valence https://fr.wikipedia.org/wiki/Bande_de_conduction https://fr.wikipedia.org/wiki/Photocourant https://fr.wikipedia.org/wiki/Photodiode https://fr.wikipedia.org/wiki/Phototransistor https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Photopile&action=edit&redlink=1 https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovolta%C3%AFque

  • la photoconductivité

    • Survient chaque fois que la résistance électrique d'un corps varie lorsqu'on l'éclaire avec un rayonnement électromagnétique appartenant à tous les domaines du spectre lumineux (domaine visible, ultra- violet et infrarouge).

    • Principe: • Ce phénomène s'observe sur les

    matériaux semiconducteurs hautement résistifs. Une lumière avec une fréquence (donc une énergie) suffisante va restituer suffisamment d'énergie aux électrons de la bande de valence pour atteindre la bande de conduction. Les électrons résultants et leurs trous associés vont permettre la conductivité électrique, donc la diminution de la résistance.

    https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9sistance_%C3%A9lectrique https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique https://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re_visible https://fr.wikipedia.org/wiki/Ultra-violet https://fr.wikipedia.org/wiki/Infrarouge https://fr.wikipedia.org/wiki/Semiconducteur https://fr.wikipedia.org/wiki/Bande_de_valence https://fr.wikipedia.org/wiki/Bande_de_conduction

  • Niveau d'énergie d'une molécule

    • L'énergie d'une molécule peut se décomposer en plusieurs termes :

    • un terme d'énergie correspondant à sa rotation dans l'espace Erotation ;

    • u

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