Optoélectronique-hyperfréquence - Photodétecteurs et commutateurs optiques

Les photodiodes classiques, à structure PIN, sont les composants les plus courants. Cependant, l'exigence de la montée en fréquence, notamment pour un fonctionnement dans le domaine millimétrique, implique des photodiodes petites, pour réduire les limitations dues à la capacité et au temps de transit des photoporteurs. Il en résulte, pour les photodiodes PIN ultrarapides, une diminution du rendement quantique et de la puissance optique acceptable par la photodiode. C'est pourquoi des solutions alternatives ont été étudiées. Parmi celles-ci, on peut citer les photodiodes MSM pour leur fréquence de coupure élevée, les PIN de type guide d'onde pour le compromis fréquence élevée/rendement quantique, les photodiodes UTC pour la puissance et les phototransistors à hétérojonction pour leur gain à fréquence élevée, mieux adaptés aux liaisons analogiques que les photodiodes à avalanche. Dans ce qui suit, nous présentons successivement ces différents types de photodétecteurs en commençant par les structures PIN.

Nous nous intéressons aussi à la commutation optique directionnelle, c'est-à-dire au contrôle de la direction d'une onde optique. En terme de dispositif, le commutateur ou la matrice de commutation implique qu'un signal optique injecté à une entrée sera dirigé vers l'une ou l'autre des sorties selon les besoins. C'est en fait une espèce « d'aiguillage » optique. Les technologies permettant ce changement de direction peuvent être classées selon deux catégories : les microsystèmes et la commutation fondée sur la variation d'indice des matériaux. Nous présentons successivement les deux approches, et nous précisons les différents phénomènes physiques permettant de moduler l'indice de réfraction d'un matériau : thermique, acousto-optique, magnéto-optique, électro-optique. Nous explicitons les principales structures de commutateur à onde guidée : réflexion totale, couplage de mode, transformation adiabatique de mode, puis nous expliquons les différentes topologies de matrice de commutation. Nous terminons par l'amplification optique, les cristaux liquides et le tout optique, qui sont des technologies différentes des précédentes.