Laser, longueur d'onde, gap, température, courant.

[invite5e5dd00d]

Bonjour à tous,

Je suis en train de rédiger un compte rendu de TP, et j'avoue que je rencontre quelques problèmes concernant la variation de longueur d'onde (donc du gap - entre la bande de conduction et la bande de valence - que j'espère proportionnel à la longueur d'onde...à priori quand le gap augmente, la pulsation augmente et donc la longueur d'onde diminue) en fonction de deux paramètres : la température et le courant d'alimentation.
Sur mes courbes, je trouve que la longueur d'onde augmente avec la température. Comme d'autre part le gap, je crois, diminue avec la température, j'en conclue que la pulsation de l'onde omega doit diminuer et que par conséquent la longueur d'onde doit augmenter avec la température. Ceci semble donc OK. Si possible, pouvez-vous confirmer ? Merci. Même après un cours de physique statistique complet sur la statistique de Fermi Dirac, j'ai toujours du mal à m'expliquer que le gap diminue en même temps que la température, si vous avez des idées...

Pour la suite on me demande de trouver les variations de la longueur d'onde en fonction du courant d'alimentation de la diode. Je trouve cette fois une courbe extrêmement étrange, puisque la variation de longueur d'onde n'est pas du tout monotone. Admettons qu'elle le soit, c'est ce que je dois trouver. Je dois cette fois aussi en déduire - je crois - que la longueur d'onde augmente avec le courant d'alimentation. Cette fois, je ne vois aucune explication physique à ce fait... le gap diminuerait donc avec le courant ?...

Ensuite, on me demande de déterminer la variation d'indice optique en fonction de la température... J'ai bien entendu la variation de longueur d'onde en fonction de la température (et la longueur de la cavité déterminée précédemment), mais je ne vois pas comment en déduire ce qu'on me demande... J'ai essayé de jouer avec les différentielles :
dn/dT=dn/dlambda*dlambda/dT, mais à ce moment là c'est la dérivée du milieu qui bloque...

Si vous avez d'autres idées, je suis preneur. Merci...

Bonne soirée.

Sig.
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je pense qu'il serait très bien venu que vous nous disiez de quoi parlez-vous. Les boules de cristal sont actuellement hors de prix.
Par le texte je déduis qu'il s'agit des composants optoélectroniques. Photodiodes, phototransistors, LEDs, diodes laser? En en quoi? Si, AsGa, etc., etc..?

Le niveau des questions semble correspondre à des propriétés auxquelles seuls les spécialistes s'intéressent. Vous pourriez regarder si on en parle dans le Sze "Physics of semiconductor devices".
Au revoir.

[invite7ce6aa19]

Bonjour à tous,

Je suis en train de rédiger un compte rendu de TP, et j'avoue que je rencontre quelques problèmes concernant la variation de longueur d'onde (donc du gap - entre la bande de conduction et la bande de valence - que j'espère proportionnel à la longueur d'onde...à priori quand le gap augmente, la pulsation augmente et donc la longueur d'onde diminue) en fonction de deux paramètres : la température et le courant d'alimentation.
Sur mes courbes, je trouve que la longueur d'onde augmente avec la température. Comme d'autre part le gap, je crois, diminue avec la température, j'en conclue que la pulsation de l'onde omega doit diminuer et que par conséquent la longueur d'onde doit augmenter avec la température. Ceci semble donc OK. Si possible, pouvez-vous confirmer ? Merci. Même après un cours de physique statistique complet sur la statistique de Fermi Dirac, j'ai toujours du mal à m'expliquer que le gap diminue en même temps que la température, si vous avez des idées...

bonjour,

Pour les semiconducteurs classiques le gap augmente lorsque la température diminue. cela n'a rien à voir avec la distribution de Fermi-Dirac. Cela est due à la variation de la maille du réseau qui se répercute sur la structure de bandes. La variation de la maille est due aux couplages non linéaire des vibrations atomiques (interaction phonons-phonons)

Pour la suite on me demande de trouver les variations de la longueur d'onde en fonction du courant d'alimentation de la diode. Je trouve cette fois une courbe extrêmement étrange, puisque la variation de longueur d'onde n'est pas du tout monotone. Admettons qu'elle le soit, c'est ce que je dois trouver. Je dois cette fois aussi en déduire - je crois - que la longueur d'onde augmente avec le courant d'alimentation. Cette fois, je ne vois aucune explication physique à ce fait... le gap diminuerait donc avec le courant ?...

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Là il faudrait préciser le dispositif et les conditions de fonctionnement. il se peut que tu sois en régime de forte injection ce qui modifie la courbe d'absorbtion. Du coup il s'agit d'un effet de statistique de Fermi-Dirac.

Ensuite, on me demande de déterminer la variation d'indice optique en fonction de la température... J'ai bien entendu la variation de longueur d'onde en fonction de la température (et la longueur de la cavité déterminée précédemment), mais je ne vois pas comment en déduire ce qu'on me demande... J'ai essayé de jouer avec les différentielles :
dn/dT=dn/dlambda*dlambda/dT, mais à ce moment là c'est la dérivée du milieu qui bloque...

Si vous avez d'autres idées, je suis preneur. Merci...

Bonne soirée.

C'est pas clair: l'indice dépend de la longueur d'onde et de la température d'une façon indépendante. on a donc:

n(lambda, T)

d'où dn = ......

[invite5e5dd00d]

Bonjour à vous deux, et merci pour vos réponses.

Cette étude concerne des diodes lasers à semi-conducteurs, l'indice typique du matériau (AlGaInP) est 3,5.
Je dispose d'une cellule à effet Peltier qui permet d'asservir la diode en température, et d'une alimentation en courant.
Je mesure le a puissance du rayonnement laser à l'aide d'une photodiode et sa longueur d'onde à partir d'un capteur de longueur d'onde, qui me donne à peu près que ses variations (le capteur est très mauvais en absolu).

Ok le gap augmente quand la température diminue. Je vais voir ce que ça donne.

Pour les autres points (notamment la variation de la longueur d'onde en fonction du courant), c'est plus obscur pour moi. On m'a demandé de regarder comment la longueur d'onde variait en fonction de la température, ce que j'ai calculé, c'est tout ce que j'ai.
Autrement, je ne comprends pas trop comment réaliser la différentielle, puisque je n'ai pas du tout la dépendance de n en fonction de lambda.

Merci à vous deux !
Sig.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5e5dd00d]

Salut,
Est-ce qu'il s'agirait de ça ? Ca m'aide pas beaucoup plus mais bon
dn= d_rond_n/d_rond_lambda*d_lambda+d_rond_ n/d_rond_T*d_T ?

Merci.

[invite6dffde4c]

Salut,
Est-ce qu'il s'agirait de ça ? Ca m'aide pas beaucoup plus mais bon
dn= d_rond_n/d_rond_lambda*d_lambda+d_rond_ n/d_rond_T*d_T ?

Merci.

Bonjour.
Non. C'est une hérésie.
Le "d-rond-sur-d-rond" est un d'opérateur et non une fraction comme l'est la dérivée totale qui est un rapport entre des différentiels qui sont des nombres. Les "d-rond-quelque-chose" ne sont pas des nombres mais un morceau d'un opérateur. Et un opérateur n'est pas une opération arithmétique mais une "recette de cuisine" qui vous indique ce que vous devez faire.
Au revoir.

[invite5e5dd00d]

Salut,
Euh, je n'ai fait que reprendre la différentielle totale... Mathématiquement, c'est juste, puisque n est une fonction de deux variables... Mais après, je veux bien admettre que c'est faux. Peux-tu m'expliquer pourquoi s'il te plait?

A+ et merci
Sig

[invite6dffde4c]

Re.
Effectivement c'est correct. J'ai mal lu votre formule, qui n'est pas très lisible.
Vous pourriez faire un effort et l'écrire en TeX.
A+

[invite5e5dd00d]

Salut,

Je vais m'y mettre

A+
Sig.

[invitee83e5c9e]

Salut, vous avez sans doute déja terminé votre T.P., mais il n'est jamais trop tard pour avoir la réponse;
c'est en faisant une recherche sur internet avec les mots suivants (longueur d'onde et température)dans la barre de recherche de google Canada, que j'ai trouvé votre sujet.
A mon étonnement je n'ai pas encore trouvé de référence net autre
que l'équation que j'ai trouvé et que j'ai déja donné sur ce forum, c'est donc tres important de connaitre cette relation, voici comment on l'obtient:
l'équation de Stéfan-Boltzman est connu:
P/A = (stef.bolt.)T⁴
C'est la puissance émise par un corps noir par metre carré (P/A),
P est la puissance, A une surface en metre carré, T la température en Kelvin, (stef.bolt.) est la constante de Stéfan-Boltzman et vaut:
(5.67)(10)^-8 w/[m²k⁴]

puis il faut utilisé l'équation bien connu de l'énergie d'un photon:
E = hf , f étant la fréquence de l'onde, aussi f = C/y ,
C est la vitesse de la lumiere, je retient C =(2.99792458)(10)⁸ m/s , y est la longueur d'onde,
h est la constante de Plank et vaut (6.63)(10)^-34 j.s

a l'exception d'une constante qu'on peut obtenir en se basant sur des résultats expérimentaux, on a maintenant tout ce qu'il faut pour obtenir le lien entre longueur d'onde et température;
la puissance émise par unité de surface est simplement l'énergie émise par seconde et par metre carré, c'est ici qu'il faut etre tres attentif, il faut estimé le nombre de hf émise par metre carré et par seconde, cette quantité vari, si la fréquence ou la longueur d'onde est différente, cette quantité sera différente et cela c'est les résultats expérimentaux qui le confirme, selon les quelques résultats expérimentaux que j'ai de source fiable, il faut considérer que le nombre de hf par metre carré( écrivons nhf) est de:

nhf = 1/[(const.2)y²]

il s'agit simplement de prendre 1 et diviser par la surface d'un hf pour obtenir le nombre de hf par metre carré,voila le plus important a retenir et j'ai vérifier les résultats expérimentaux pour 6 valeurs dans l'interval du spectre électromagnétique dans le visible, au-dela bien sur il faudra plusieurs autres résultats pour établir la précision.

L'équation de Stéfan-Boltzman devient donc:

nhf/(sec.) = [1/(const.2)y²]h(C/y) = (stef.bolt.)T⁴

[1/(sec.)][1/(const.2)y³] hC = (stef.bolt.)T⁴

[1/(sec.)]{(hC)/[(const.2)(stef.bolt.)]}(1/T⁴) = Y³

il faut seulement un bon résultat expérimental pour obtenir la constante (const.2), selon un résultat expérimental estimé,
pour 723 degré Kelvin, c'est la longueur d'onde de 450 nanometres qui est la plus émise selon une courbe( densité d'énergie en fonction de la longueur d'onde), puis en considérant une puissance par metre carré de 15493 joules par seconde émise, selon l'équation de Stéfan- Boltzman en considérant T = 723 degrés Kelvin, la seul inconnu dans cette équation est (const.2) que l'on peut isolé puis obtenir la valeur de (const.2) qui est de (1.40787)(10)^-10
Une précision pourrait etre faite si 723 k ne corespond pas tout a fait a 450 nanometres.
Voila pour la démonstration, la référence pour les résultats expérimentaux est une figure(9-5.page 133) qui montre 6 courbes en forme de cloche, une pour chaque température, un pointillé relie les sommets de ces courbes et ces courbes sont la densité d'énergie selon la longueur d'onde, noté que cette courbe en pointillé n'est pas linéaire, ce qui exclus que la longueur d'onde puisse varier en fonction direct de la température.
A la demande de quelqu'un je pourrais essayé de vous montrez cette figure 9-5, mais avant il faut que j'essais d'obtenir l'autorisation.
Auteur du livre: Martin C. Martin,
titre: Elements of thermodynamics,
Library of Congres Cataloging in Publication Data,
droits d'auteur, 1986 by Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, News Jersey 07632.