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Auteur(s)
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Irène JOINDOT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électronique et d’Électrotechnique de Caen - Docteur de l’Institut d’Électronique fondamentale d’Orsay-Paris et de l’Université des Sciences et Techniques du Languedoc-Montpellier - Chargée d’Études sur les composants optoélectroniques d’émission pour transmissions par fibres optiques au CNET-Lannion
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les composants émetteurs de lumière à semi-conducteur représentent la clé de voûte d’un nombre croissant d’édifices optoélectroniques. Ils se rencontrent dans les systèmes de télécommunications par fibre optique, dans les senseurs optiques, dans les systèmes de lecture de disques optiques, dans certains terminaux et équipements de mesure (imprimantes, alarmes, distancemètres, etc.).
Les performances de ces systèmes optoélectroniques sont étroitement liées à celles des composants émetteurs. L’évaluation, l’amélioration, ou la bonne utilisation de ces émetteurs reposent sur la mesure précise des paramètres fondamentaux qui interviennent dans chaque utilisation.
Prenons l’exemple d’une liaison par fibre optique où l’information est portée simplement par l’intensité de la lumière : il faut pouvoir mesurer la vitesse optimale de modulation de la lumière émise, le manque de linéarité introduit par la conversion du courant électrique en lumière. Dans les systèmes plus élaborés comme les systèmes de transmission cohérents dans lesquels la phase, ou la fréquence, est le support de l’information, la connaissance du bruit de fréquence, ou de phase, est d’importance vitale.
Après un bref rappel sur le mode de fonctionnement des émetteurs à semi-conducteur, nous détaillerons les méthodes de mesure des principaux paramètres. La description des mesures purement électriques précédera celle des mesures purement optiques. Puis viendront les mesures faisant intervenir la conversion des électrons en photons.
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VERSIONS
- Version courante de déc. 2007 par Irène JOINDOT, Naveena GENAY, Philippe CHANCLOU
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2. Mesures électriques
2.1 Mesures statiques, tension et courant
La mesure des caractéristiques électriques des émetteurs à semi-conducteur constitue une bonne première approche pour estimer la qualité du composant.
Lorsque la diode émettrice (DEL ou laser sous le seuil) est alimentée en régime permanent par un générateur de courant continu, le courant total traversant le composant se compose d’un courant de diffusion attribué aux recombinaisons radiatives (courbe I, figure 3), d’un courant non radiatif attribué aux recombinaisons thermiques (ou de Schottky-Hall-Read) (courbe II, figure 3) et d’un courant également non radiatif attribué aux recombinaisons par effet Auger (courbe III, figure 3).
Le courant du premier type est proportionnel à la lumière émise, le courant de deuxième type est prépondérant à faible courant, le courant du troisième type est prépondérant à fort courant. Un tel dispositif peut être modélisé par une jonction P‐N idéale en série avec une résistance Rs , pour lequel la caractéristique courant (I ) – tension (V ) s’écrit :
où k est appelé coefficient d’idéalité, et I0 représente le courant de saturation.
Signalons l’intérêt, dans le cas des lasers, de tracer les dérivées
pour déterminer l’importance des courants de fuite qui apparaissent à faible tension : par exemple, sur la figure 3, aux points de mesure représentés par des croix, pour des tensions inférieures à 0,6 V.
Sous le seuil, la relation [1] fournit :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - + historique* étude théorique
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(2) - * - △ comporte des résultats d’essais de laboratoire
-
(3) - AGRAWAL (G.P.), DUTTA (N.K.) - Longwavelength semiconductors lasers (Lasers à semi-conducteur et à grande longueur d’onde). - 473 p., Van Nostrand Reinhold Company Inc, New York (1986).
-
(4) - PETERMANN (K.) - Laser diode modulation and noise (Bruit et modulation des lasers). - 315 p., Kluwer Academic Publishers, The Nederlands (1988).
-
(5) - TSANG (W.T.) - Semiconductors and semimetals. - 342 p., Academic Press Inc Orlando (Florida, USA) (1985).
-
(6) - JOINDOT (I.), BOISROBERT (C.) - Intensity noise measurements in semiconductor lasers (Bruit d’intensité dans les lasers à semi- conducteur). - ISSSE 89 URSI (International symposium...
ANNEXES
Analyseur de réseau HP 9830A ou HP 8505A de Hewlett-Packard.
Analyseur de paramètres HP 4142 de Hewlett-Packard.
Spectromètre à réseau HR 1000 de Jobin-Yvon.
Sphère intégratrice de Labsphere.
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