Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le présent article décrit les interactions entre une onde lumière et un matériau semi-conducteur en vue de la réalisation de nouvelles fonctions hyperfréquences commandées optiquement. Ce nouvel axe de recherche, conduisant à une nouvelle famille de dispositifs, englobe la photoconductivité dans les semi-conducteurs aux structures tri-, bi- et monodimensionnelles pour des applications allant de la génération de signaux hyperfréquences à l'échantillonnage de ces mêmes signaux.
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The present document addresses the interactions between a lightwave and a semiconductor material aiming at the realization of new optically controlled microwave functions. This new research axis, driving a new family of microwave devices, deals mainly with the photoconductivity in semiconductors with three-bi-and one-dimensional structures for applications covering from the generation of microwave signals to the sampling of those signals.
Auteur(s)
-
Charlotte TRIPON-CANSELIET : Maître de conférences Université Pierre-et-Marie-Curie, Paris
INTRODUCTION
Un des enjeux des futurs systèmes électroniques, et en particulier des systèmes hyperfréquences, est lié à la capacité de ces derniers à s'adapter à des environnements spectraux extrêmement denses et évolutifs. Cette adaptativité des systèmes se traduit soit par la capacité de traiter des signaux de bandes passantes de plus en plus larges soit par la possibilité de se reconfigurer très rapidement pour adapter sa bande de fréquence de fonctionnement à l'environnement spectral. Ces capacités de reconfiguration ultrarapide passent par la notion de routage ou de commutation hyperfréquence. L'approche la plus prometteuse pour commander avec beaucoup de précision temporelle ces dispositifs est d'utiliser une impulsion optique, qui présente le double avantage de l'immunité électromagnétique et de gigue temporelle de l'ordre de la femtoseconde. Il devient donc nécessaire de maîtriser les interactions entre une onde lumineuse et un matériau. Du fait de la nature fondamentalement différente des matériaux existants (isolant, conducteur, semi-conducteur), des interactions de nature différente peuvent intervenir avec ces matériaux lorsqu'ils sont soumis à un flux de photons dans une gamme de longueur d'onde allant des rayons X à l'infrarouge lointain. Ces interactions peuvent être retranscrites au travers différentes modifications de propagation de l'onde électromagnétique incidente pour lesquelles cette onde sera réfléchie, absorbée ou réfractée par cette matière.
Le présent article a pour objectifs de décrire les interactions d'une onde lumineuse avec des matériaux semi-conducteurs puis d'identifier les nouvelles fonctions hyperfréquences commandables optiquement. Le premier paragraphe est consacré aux principales interactions lumière/matière, il est suivi d'un paragraphe consacré aux mécanismes d'émission et d'absorption de lumière dans les matériaux semi-conducteurs. Le troisième paragraphe traite de la photoconductivité des matériaux semi-conducteurs. Enfin, les paragraphes suivants couvrent le domaine des nouvelles fonctions hyperfréquences commandées optiquement, en particulier du photomélange et de l'échantillonnage de signaux micro-ondes.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
light-matter interaction | photoconductivity
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Mécanismes d'émission et d'absorption de lumière dans les semi-conducteurs
En anglais
1. Interactions lumière/matière
-
Définition des interactions d'une onde électromagnétique
À la rencontre d'un matériau, les champs électrique E et magnétique B qui définissent une onde électromagnétique évoluant dans le temps à une pulsation ω et suivant un vecteur d'onde k, vont interagir avec les propriétés électromagnétiques du milieu telles que sa permittivité (ou indice), sa perméabilité et sa conductivité.
Durant cette interaction, le couplage de ces champs avec la matière à différents ordres va créer des effets sur la polarisation du milieu (tableau 1).
-
Comportement réfractif
Dans le cas d'une réfraction de cette onde à une longueur d'onde pour laquelle ce milieu est obligatoirement transparent (isolant), c'est-à-dire, pour une large bande spectrale pour les matériaux diélectriques, des interactions électro- ou acousto-optiques à différents ordres permettent de modifier l'indice du milieu traversé et donc de transmettre l'onde incidente sous différents angles selon la loi de réfraction bien connue de Snell-Descartes.
L'interaction d'une onde optique avec un matériau sera différente suivant la nature du matériau. Dans le cas d'un matériau conventionnel (n > 1), l'angle de réfraction sera positif et dans le cas d'un matériau artificiel (n < 0) cet angle de réfraction sera négatif (figure 1).
Ci-dessus : Interaction d'une onde optique avec un milieu conventionnel
![]()
ou artificiel (n < 1)
ou artificiel (n < 1)-
Comportement réflecteur
Dans le cas d'une interaction avec un milieu totalement réfléchissant, l'onde incidente va être réfléchie sous un angle égal à l'angle d'incidence pour un milieu conducteur. Si le milieu est isolant, l'onde est réfléchie et/ou diffractée sous un angle respectant la relation de réflexion de Snell-Descartes.
-
Comportement absorbant
C'est sur ce type de matériaux et en particulier sur ceux qui présentent une bande interdite (matériau semi-conducteur) que se focalisera cet article.
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Interactions lumière/matière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SALEH (B.E.A.), TEICH (M.C.) - Fundamentals of photonics. - Wiley Interscience.
-
(2) - VIGNAUD (D.) et al - Electron lifetime of heavily Be-doped InGaAs as a function of growth temperature and doping density. - Applied Physics Letters, 80, no 22, p. 4151-4153, juin 2002.
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(3) - YONEYAMA (M.) et al - A differential photoconductive and gate with Be-doped low-temperature-grown InGaAs-InAlAs MQW MSM-PD's. - IEEE Journal of Quantum Electronics, 33, no 8, p. 1308-1315, août 1997.
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(4) - SUKHOTON (M.) et al - Picosecond photocarrier-lifetime in ErAs : InGaAs at 1,55 μm. - Applied Physics Letters, 83, no 19, p. 3921-3923, nov. 2003.
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(5) - BERTULIS (K.), KROTKUS (A.), ALEKSEJENKO (G.), PACEBUTAS (V.), ADOMAVICIUS (R.) et al - GaBiAs : a material for optoelectronic terahertz devices. - Appl. Phys. Lett., 88, p. 201112 (2006).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Société Française d'Optique, Club optique et micro-ondes http://www.sfoptique.org/SFO/club-omw/
HAUT DE PAGE
IEEE International Topical Meeting on Microwave Photonics http://www.ieee/conferences_events
International Asia-Pacific Microwave Photonics Conference (APMP)
IEEE European Microwave Conference (EuMC) http://www.eumweek.com)
IEEE International Microwave Symposium (IMS) http://www.imsconferences.com
SPIE Photonics Europe http://www.spie.org/photonics-europe.html
SPIE Photonics West http://www.spie.org
HAUT DE PAGE
Quelques brevets sur les photocommutateurs hyperfréquences
ALQUIÉ (.G), CHAZELAS (J.), COUTAZ (J.-L.), DECOSTER (D.), FORMONT (S.), MAGNIN (V.), ROUX (J.-F.), TRIPON-CANSELIET (Ch.). – Dispositif pour confiner l'onde optique de commande dans la zone active d'un dispositif électronique à commande optique, FR2908569 (A1), 16 mai 2008
FORMONT (S.), CHAZELAS (J.), ALGANI (C.), ALQUIE (G.), CANSELIET (Ch.), DESHOURS (F.). – Commutateur...
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