3.5 Interface optoélectronique de
réception
L'interface optoélectronique de réception, dans
une liaison par fibre optique, est chargée de convertir le signal
lumineux en signal électrique, en lui apportant le minimum de
dégradation. Ce rôle est tenu par le photodétecteur. Deux
variantes de photodétecteur sont fréquemment utilisées
dans une liaison par fibre optique :
o la photodiode PIN et
o la photodiode à avalanche (PDA).
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Mais avant de décrire ces deux types de photodiodes, il
est nécessaire de reprendre quelque notion sur la photodiode en
générale.
Une photodiode est un composant semi-conducteur ayant la
capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le
transformer en signal électrique.
C'est une diode qui entre en conduction seulement lorsqu'elle
est frappée par une source lumineuse. Elle peut être reconnue par
son symbole normalisée suivant.
Figure 3.08 : Symbole normalisé d'une
photodiode
Une photodiode est un semi-conducteur formé par une
simple jonction P-N photoréceptrice généralement non
amplificatrice. Sa structure générale est illustré dans la
figure ci-dessous.
Figure 3.09 : Structure d'une
photodiode
Dans cette configuration il y a apparition de trois zones (ou
régions), une zone de charge d'espace (ZCE) appelée couramment
zone de déplétion de diffusion ainsi que deux régions
neutre de type N et P.
Quand un semi-conducteur est exposé à un flux
lumineux, les photons sont absorbés.
Lorsque les photons d'énergie Eph
pénètrent dans le semi-conducteur, pourvu qu'ils aient une
énergie suffisante, ils peuvent créer des photoporteurs en
excès dans les matériaux.
Ces photoporteurs sont des paires d'électrons-trous et
ils sont minoritaires dans la zone de déplétion. Dans la couche
de déplétion, le champ électrique accélère
les électrons vers la couche N et les trous vers la couche P où
ils sont majoritaires.
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Il en résulte une charge positive dans la couche P et
une charge négative dans la couche N, proportionnelle au nombre de
photons absorbés, et donc à l'intensité du faisceau
lumineux incident. [20]
3.5.1 Photodiodes PIN
La photodiode PIN est un composant semi-conducteur de
l'optoélectronique. Elle est utilisée comme photodétecteur
dans de nombreuses applications industrielles. Sa particularité vient de
sa jonction composée d'une région à forte
résistivité (zone intrinsèque I) intercalée entre
deux zones porteurs : une région fortement dopée P et une autre
fortement dopée N. Elle est symbolisée comme suit :
Figure 3.10 : Symbole d'une photodiode
PIN
Elle utilise la photodétection (conversion d'un photon
en une paire d'électron-trou) dans un semi-conducteur.
Comme a déjà parlé, seuls les photons
d'énergie suffisante hí pourront être
détectés.
Afin d'obtenir un bon rendement, on utilise une structure de
diode PIN polarisée en inverse ; les photons sont absorbés dans
la zone intrinsèque qui, du fait de la polarisation, est vide de
porteurs mobiles ; les électrons et les trous ainsi crées ont une
faible probabilité d'être recombinés.
Ils sont séparés par un champ électrique
E qui règne dans la zone intrinsèque et qui les dirige vers la
zone n et p où ils sont majoritaires. Le déplacement de ces
porteurs est à l'origine du photocourant.
Le seuil typique de détection pour un taux d'erreur
binaire de 10-9 pour ce photodétecteur est environ -10
à -45dBm pour un débit de 1 à 10Gbits/s. [15] [24]
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