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1 - PHOTODÉTECTION HYPERFRÉQUENCE

2 - COMMUTATION OPTIQUE

3 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : E3331 v2

Optoélectronique-hyperfréquence - Photodétecteurs et commutateurs optiques

Auteur(s) : Didier DECOSTER

Date de publication : 10 janv. 2014

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RÉSUMÉ

L'optoélectronique-hyperfréquence impose de disposer de photodétecteurs et de commutateurs optiques à hautes performances. En effet, les photodétecteurs rapides de forte puissance optique et les commutateurs optiques directionnels, c'est-à-dire jouant le rôle d'aiguillage optique, sont susceptibles d'être des dispositifs de base pour les systèmes opto-hyperfréquences. Le but de cet article est de présenter les avancées récentes dans le domaine des photodétecteurs rapides susceptibles d'être utilisés en opto-hyperfréquences, d'en donner leur principe de fonctionnement et les performances maximales avec les limitations fondamentales dans le contexte opto-hyperfréquence, ainsi que les différentes technologies de commutateur, en évaluant à chaque fois leur adéquation aux applications opto-hyperfréquences.

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Auteur(s)

INTRODUCTION

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.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e3331


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DECOSTER (D.), HARARI (J.) -   Optoelectronics sensors  -  . Edition ISTE Ltd. and John Wiley & son, Inc. (2009).

  • (2) - GOUY (J.P.) -   Étude comparative de la photodiode PIN, de la photodiode à avalanche et du photoconducteur sur matériaux III-V.  -  Thèse de l'université des Sciences et Technologies de Lille en Électronique (1989).

  • (3) - ASHOUR (I.S.), El KADY (H.), SHERIF (K.), VILCOT (J.P.), DECOSTER (D.) -   Cutoff frequency and responsivity limitation of AlInAs/GaInAs MSM PD using a two dimensional bipolar physical model  -  . IEEE Transactions on Electronics Devices, vol. 42, p. 2285-2291, nov. 1995.

  • (4) - DECOSTER (D.), HARARI (J.), VILCOT (J.P.) -   Metal semiconductor metal photodetector.  -  Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, vol. 12, p. 561-577.

  • (5) - KATO (K.) -   Ultrawide-band/high-frequency Photodetectors.  -  IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques, vol. 47, no 7, p. 1265-1281, juil. 1999.

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