Mesures optiques
Mesures sur les composants d’émission

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Mesures optiques
Mesures sur les composants d’émission

Auteur(s) : Irène JOINDOT

Date de publication : 10 janv. 1992

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Jonctions émettrices à semi-conducteur

1.1 - Principes généraux de fonctionnement
1.2 - Dispositifs

Figure 1 - Laser à guidage par le gain

2 - Mesures électriques

2.1 - Mesures statiques, tension et courant

Figure 5 - Caractéristique dV/dI
2.2 - Mesures des paramètres du circuit équivalent

3 - Mesures optiques

3.1 - Puissance d’émission
3.2 - Spectre optique
3.3 - Réponse à une excitation de courant
3.4 - Bruits dans les lasers à semi-conducteur

4 - Conclusion

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

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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INTRODUCTION

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

Il existe d'autres versions de cet article :

Version courante de déc. 2007 par Irène JOINDOT, Naveena GENAY, Philippe CHANCLOU

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r1178

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Conclusion

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3. Mesures optiques

3.1 Puissance d’émission

Pour la plus grande partie des utilisations, par exemple pour l’injection optimale de la lumière dans une fibre optique, trois paramètres sont importants à connaître : la puissance (ou flux énergétique) émise, les dimensions de la tache lumineuse sur la face émissive (désigné aussi par le terme de champ proche) et le diagramme angulaire d’émission (désigné aussi par le terme de champ lointain). Le champ lointain est la transformée de Fourier du champ proche.

Par conséquent, dans le cas des émetteurs par la tranche, à la faible épaisseur de la couche active donc de la zone émissive (2 w_⊥ sur la figure 7) correspond un diagramme très ouvert (θ_⊥ sur la figure 7) perpendiculairement au plan des couches.

Le champ lointain est obtenu en plaçant un détecteur suffisamment loin du composant émetteur pour que la taille de la surface émissive puisse être négligée (figure 8). Le support du composant émetteur peut tourner dans toutes les directions.

Le diagramme d’émission d’un émetteur par la surface dépend du fait qu’il y ait ou non une sphère adaptatrice d’indice ou une lentille sur la zone émissive : le diagramme est toujours très ouvert (plus de 60^o) et symétrique. Les lasers et les DEL émettant par la tranche ont un diagramme d’émission fortement astigmatique : laser à guidage par le gain (θ_⊥ = 20^o, θ_// = 10^o), laser à guidage par l’indice (θ_⊥ = 30^o, θ_// = 40^o).

La méthode la plus simple pour mesurer la puissance totale émise par une source consiste à éclairer, directement ou au travers d’une optique de focalisation, une photodiode étalonnée. Cependant, le diagramme de rayonnement très largement ouvert de la plupart des émetteurs à semi-conducteur amène à utiliser une sphère intégratrice.

Une sphère intégratrice est une sphère creuse dont le revêtement de la surface intérieure réfléchit et diffuse la lumière uniformément dans toutes les directions (figure 9). Un faisceau lumineux qui pénètre dans la...