Optoélectronique
L’Optoélectronique est une discipline émergente située au confluent des propriétés électromagnétiques, électroniques et optiques de la Matière. Elle a des répercussions importantes dans les domaines de l'énergie, des télécommunications, informatique, électronique professionnelle (Défense, Sécurité, environnement, médical, …).
Mettant en œuvre des concepts très sophistiqués (optique quantique, physique quantique du solide, physique ondulatoire …), elle présente toutefois un caractère applicatif immédiat. Clairement, cette mise en œuvre concrète – voire industrielle- de concepts très abstraits est un des éléments les plus marquants de cet enseignement.
Enfin, le cours met l'accent sur le caractère universel des concepts qui sont mis en oeuvre et que l'on retrouve dans tous les domaines de l'ingénierie et de la physique : accord de phase, vitesse de groupe, équations de modes couplés,...
Il est recommandé de suivre aussi PHY567 - Physique des Semiconducteurs.
Les trois premiers cours sont consacrés aux outils de l'électromagnétisme propres à l'optoélectronique :
- propagation en milieu dispersif (modèle de Lorenz pour l'indice optique, équation parabolique)
- guide d'onde et miroirs de Bragg. Une place importante est consacrée aux analogies conceptuelles entre guide d'onde et puits quantiques d'une part, miroirs de Bragg et bande interdite d'autre part.
- plasmonique
Les deux cours suivants ont trait à la physique des oscillateurs lasers : inversion de population, équations corpusculaires, seuil de transparence et d’oscillation, mécanismes de blocage de modes (actifs et passifs), à l’origine des lasers à impulsions ultracourtes et très fortes puissances-crête… Le cours décrit alors les oscillateurs paramétriques optiques d’un point de vue classique puis quantique et les développements les plus récents sont largement abordés (matériaux retournés périodiquement, …).
Le cours se termine par un approfondissement de la physique de la diode laser, mettant en avant l’intérêt du concept de photons (équation corpusculaire du laser). Puis, les photodétecteurs quantiques sont largement abordés, en insistant sur leurs retombées industrielles gigantesques (caméras CCD, téléphone portables, Internet…).
Cours dispensé en Français ou Anglais, dépendant de l’auditorat
PHY564C - Optoelectronics
Optoelectronics is an emerging discipline located at the confluence of electromagnetic, electronic and optical properties of matter. It has significant repercussions in the fields of energy, telecommunications, IT, professional electronics (Defense, Security, environment, health, etc.).
Implementing very sophisticated concepts (quantum optics, solid quantum physics, wave physics, etc.), it nevertheless has an immediate applicative character. Clearly, this concrete - even industrial - implementation of very abstract concepts is one of the most striking elements of this teaching.
Finally, the course emphasizes the universal character of the concepts that are implemented and that can be found in all fields of engineering and physics: phase matching, group velocity, coupled mode equations...
It is recommended to also attend PHY567 - Physics of Semiconductors.
The first three lectures are devoted to electromagnetism tools specific to optoelectronics:
- propagation in a dispersive medium (Lorenz model for the optical index, parabolic equation)
- waveguide and Bragg mirrors. An important place is devoted to conceptual analogies between waveguides and quantum wells on the one hand, Bragg mirrors and band gap in semiconductors on the other hand.
- plasmonics, and subwavelength physics
The next two lectures deal with the physics of laser oscillators: population inversion, corpuscular equations, transparency and oscillation threshold, mode-locking mechanisms (active and passive) at the origin of ultrashort pulse lasers and very high peak powers… The lecture then describes optical parametric oscillators from a classical and then quantum point of view, as well as the most recent developments (periodically poled materials, etc.).
The course ends with a deepening of the physics of the laser diode, highlighting the interest of the concept of photons (corpuscular equation of the laser). Then, quantum photodetectors are widely discussed, emphasizing their gigantic industrial benefits (CCD cameras, cell phones, Internet, etc.).
Course given in French or English, depending on the auditors
- Teaching coordinator: Haidar Riad