Salut ! Pour un tpe sur la fibre optique, je dois expliquer le fonctionnement des systèmes d´emission de lumière dans la fibre (transition entre signal eléctrique et lumineux) et de récéption (passer de la lumière à l´éléctricité). En parcourant le net, j´ai vu que ce sont les semi conducteurs (diode ou laser pour l´emission, photodiodes ou phototransistors pour la récépétion) qui étaient les composants principaux. Voila ce que j´ai cru comprendre au niveau de leur fonctionnement :

1°) Principe des semi-conducteurs

On sait aujourd’hui que les électrons ne gravitent pas toujours autour au sein du nuage électrique d’un atome. On a alors quelques électrons libres.
L’énergie de ces électrons est plus importante que celle de ceux situés autour de l’atome.
La classification de l’énergie se fait selon trois « bandes » de valeurs :

- La première est celle dîtes de conduction, dans laquelle se situent les électrons libres, qui créent alors un courant électrique. Si cette bande est vide, le solide est isolant, dans le cas contraire, il conduit l’éléctricité
- La seconde est celle dîtes de valence, dans laquelle se situent les électrons du nuage électrique.
- La troisième est en faîte celle comprise entre les deux autres, nommée « gap ».

Pour savoir si un solide est conducteur, on étudie l’énergie des électrons au zéro absolu

Définition du zéro absolu : Il s’agit de la température la plus basse possible (Elle se situerait à -273,15°C soit 0 Kelvin). A ce niveau, l’énergie thermique est nulle, l’énergie des électrons est donc comprise dans la bande (valence ou conduction) la plus basse.

Ainsi, un solide est un bon conducteur si la bande de conduction est plus faible que la bande de valence.

Si, en revanche, l´énergie de la bande de valence devient inférieure à celle de la bande de conduction, le solide est isolant.
Néanmoins, à certaines températures, des électrons de la bande de valence sont « excités » et peuvent atteindre la bande de conduction : on a affaire à un semi-conducteur. Ces sont eux qui sont utilisés pour l’émission/réception du signal lumineux.

2°) Les semi-conducteurs d’émission
A) Les Diodes électroluminescentes

Elles permettent de transformer un signal électrique en signal lumineux.
Pour les créer, on utilise un système de « dopage » des cristaux composant le semi conducteur, qui peuvent prendre deux formes :

- Le premier est appelé de type P. On a dopé un cristal pur avec des atomes qui n´acceptent que trois liaisons de covalence (dit trivalents) en général on utilise le Bore cet atome remplace un atome de Silicium dans le cristal mais il lui manque un électron pour assurer le quatrième liaisons. Il capte cet électron manquant dans les électrons libres (dont l’énergie atteint alors la bande de valence). L’atome devient alors ion négatif car il a un électron en trop. On les appelle les atomes accepteurs. Mais en captant cet électron, il a formé un trou
.
Définition d’un trou d’électron : Il s’agit de l’absence d’un électron, d’énergie comprise dans la bande de valence. La charge d’un trou est alors +e soit 1.6 x 10-19 Coulomb.
Ce phénomène se produit plusieurs fois, ainsi, dans un semi conducteur aux cristaux de dopage P, il y a en majorité des trous

- Le deuxième est appelé de type N. Ici, on remplace certains atomes par d’autres qui acceptent une liaison de covalence de plus. On peut par exemple utiliser les atomes du groupe VA de la classification périodique des éléments. Ainsi l´atome Arsenic aura quatre liaisons de covalences plus un électron inutilisé. Il peut donc être facilement excité vers la bande de conduction (augmentation d’énergie) à des températures normales. L´atome d´Arsenic devient alors positif tout en lâchant un électron libre. Ces atomes sont appelés atomes donneurs. Les électrons sont alors en majorité.

En juxtaposant un semi-conducteur dopé N avec un semi-conducteur dopé P on crée une jonction PN. Le but de cette jonction va être de produire la lumière, grâce à la recombinaison des trous avec les électrons. Pour cela, on diffuse un courant électrique positif du côté de la région P. Les électrons libres et les trous vont s’agglutiner à la jonction des deux semi conducteurs pour se recombiner, l’électron passe donc d’une énergie supérieure (bande de conduction) à une inférieure (bande de valence) formant alors un photon et donc de la lumière : c’est une émission dîtes spontanée. Le courant électrique est donc bel et bien transformée en signal lumineux.

B) Les Laser

Il s’agit ici de produire une émission de lumière dîtes stimulée. Le laser agit donc comme un amplificateur de lumière. On place à son entrée une source (comme un autre semi conducteur) qui va émettre de la lumière d’énergie E1, grâce à un courant électrique, comme vu précédemment). Arrivée dans l’amplificateur, la lumière va rencontrer les atomes de celui-ci. Ces derniers vont passer d’un état d’énergie supérieur Esup à un état d’énergie inférieur Einf, tout en émettant alors des photons d’énergie E1 + (Esup – Einf). Il s’agit donc bel et bien d’une amplification de la fréquence lumineuse initiale.
Néanmoins, ce phénomène doit se produire en boucle pour créer le laser. On dispose donc des miroirs à la sortie du dispositif qui vont « piéger » la lumière. Celle-ci va alors repasser dans l’amplificateur, gagner en fréquence, jusqu’à finalement partir dans la fibre optique grâce à un dispositif de sortie (comme un miroir partiellement réfléchissant) : le signal électrique de départ s’est transformé en signal lumineux.

3°) Les semi conducteur de réception
A) Les photodiodes

Le processus est l’inverse de celui des diodes. Il s’agit de transformer un signal lumineux en signal électrique, par absorption de la lumière.
Les photons ayant effectués leur trajet dans la fibre atteignent la région dopée N de la photodiode. Les électrons absorbent l’énergie des photons et sont donc arrachés de la bande de valence à la bande de conduction (ils passent en électrons libres). Ceci a en plus pour effet de modifier la résistance du semi conducteur. Or l’intensité éléctrique s’exprime, d’après la loi d’Ohm, en fonction de la résistance et de la tension (qui ici ne varie pas) : I = U/R
Le signal lumineux s’est donc transformé en signal éléctrique

B) Les phototransistors

Il s’agit globalement du même principe que les photodiodes, les photons éclairant cette fois ci une base qui produit alors du courant.

Est ce que quelqu´un de calé pourrait me dire si je me suis trompé ou si globalement c´est ca ?