Wiki sur les sources lumineuses optiques : introduction complète aux LED vs diodes laser

Nous savons qu’un système de fibre optique de base complet est composé d’un émetteur, d’une fibre optique et d’un récepteur. Dans la plupart des applications pratiques, l’émetteur et le récepteur sont intégrés dans un seul dispositif appelé module émetteur-récepteur optique. Cet article présentera les composants optiques essentiels de l’émetteur : les sources lumineuses à fibre optique, notamment halogène, LED et laser. 

La source lumineuse optique peut être modulée par le circuit de commande en fonction du signal à transmettre. Lors des tests réseau de fibre optique, la source lumineuse optique est également nécessaire pour mesurer la perte de fibre optique dans la liaison optique. Connaissez-vous la différence entre Laser diode vs LED? Dans cet article, nous présenterons en détail deux types de sources lumineuses à semi-conducteurs : LED versus laser .

Figure 1 : LED vs VCSEL vs laser

Quel est le principe de fonctionnement d’une source lumineuse optique ?

Le principe de fonctionnement des sources lumineuses optiques LED et laser consiste à projeter le faisceau lumineux microscopique dans la fibre optique ; la source optique peut s’allumer et s’éteindre des millions, voire des milliards de fois par seconde lors de la transmission des signaux optiques. Ce n’est que lorsque les deux sources lumineuses optiques sont commutées précisément et rapidement que le signal optique peut être transmis correctement.

Qu’est-ce qu’une source lumineuse optique LED ?

La LED peut être utilisée comme source lumineuse optique dans de nombreux domaines essentiels. Son principe lumineux est l’électroluminescence. Ce phénomène signifie que lorsque les électrons et les trous se recombinent à la jonction, la jonction P-N polarisée en direct émet une  source optique.

Figure 2 : principe de fonctionnement des LED

À l'intérieur de la LED à fibre optique, une bande de conduction et une bande de valence sont utilisées. Lorsque les électrons de niveau d'énergie supérieur sautent vers la bande de valence qui, dans la bande de production, contient des trous, ils libèrent de l'énergie, qui peut être de l'énergie lumineuse ou de l'énergie thermique.

La recombinaison des porteurs de charge produira une réaction exothermique ou endothermique. La réaction exothermique se produira lorsque les électrons de niveau élevé mentionnés ci-dessus migreront vers la bande de valence de niveau inférieur et se combineront avec des trous. En même temps, la recombinaison ne se produira que lorsque l’énergie des deux électrons à recombiner est similaire.

Grâce aux recherches en science des matériaux, certains semi-conducteurs libèrent de l’énergie en émettant de la chaleur, notamment le germanium et le silicium, tandis que certains semi-conducteurs libèrent de l’énergie en émettant de la lumière, principalement GaAsP (phospho-arséniure de gallium) et GaP (phosphure de gallium). Par conséquent, GaAsP et GaP sont les plus adaptés à la fabrication de dispositifs LED

L’émergence des sources lumineuses à fibre optique LED a apporté de nombreux avantages, tels qu’un temps de réponse rapide de 0,1 microseconde, l’émission d’un rayonnement visible à longueur d’onde étroite et une grande efficacité de conversion lumineuse. Ces avantages significatifs en font un excellent dispositif de source lumineuse optique.

Qu’est-ce qu’une source lumineuse optique laser ?

Le principe de fonctionnement du laser est l’émission stimulée de rayonnement. Par conséquent, on l’appelle également amplification optique par rayonnement stimulé. L’émission stimulée se produit lorsque des photons entrent en collision avec des atomes et produisent des photons similaires

Figure 3 : source lumineuse optique laser

Lorsque l’électron reçoit un niveau inférieur d’énergie électrique, il migre de la bande de valence vers la bande de conduction et absorbe en même temps l’énergie supplémentaire qui lui est fournie, ce que l’on appelle l’absorption.

Figure 4: Principe de fonctionnement du laser

Lorsque l’électron se trouve à un niveau plus élevé, il devient instable. Pour se stabiliser, il émet de l’énergie, éventuellement sous forme d’énergie lumineuse ou thermique. Lorsqu’il émet de l’énergie lumineuse, il l’émet sous forme de photons. Nous appelons ce processus émission spontanée.

Alors, qu’est-ce que l’émission stimulée ? Lorsque les photons frappent les électrons, ces électrons reçoivent une énergie élevée en raison de l’impact des photons transportant davantage d’énergie, ce qui rend l’électron instable. Pendant ce temps, l’électron passe à un état d’énergie inférieur et émet un autre photon en même temps que le photon incident. Nous appelons ce processus l’émission stimulée.

Le processus d’émission stimulée se produit entièrement dans la diode laser, et les photons similaires aux photons incidents convergent et sont émis sous forme d’un faisceau lumineux. Ces photons émis libéreront davantage de photons similaires aux photons incidents ; ainsi, les faisceaux lumineux générés par une source lumineuse optique laser sont cohérents et monochromatiques.

Quelle est la différence entre LED et laser

La principale différence entre une LED et un laser réside dans la couleur du faisceau lumineux : la LED peut être de différentes couleurs, tandis que le laser ne peut produire qu’un faisceau lumineux d’une seule couleur. Le principe de fonctionnement de la LED est l’électroluminescence, tandis que celui du laser est l’émission stimulée. En outre, la LED représente la source lumineuse standard, abréviation de diodes électroluminescentes, tandis que la source lumineuse laser est généralement utilisée dans des situations particulières. La source lumineuse laser offre une vitesse de fonctionnement plus rapide, moins de pertes de transmission optique et un BER (bit error ratio) plus faible. Ce sont les avantages des sources lumineuses laser, et leur prix est plus élevé que celui des sources lumineuses optiques LED.

Qu’est-ce que le VCSEL ?

VCSEL signifie laser à cavité verticale émettant par la surface ; il est composé de deux réflecteurs de Bragg distribués (DBR) dopés de manière opposée avec une couche de cavité. Le laser VCSEL est devenu une source laser de réseau à haut débit populaire sur le marché. Les avantages d’un faible coût et d’une large bande passante en font une solution idéale pour un réseau à fibre optique gigabit. Outre son application dans les sources lumineuses à fibre optique, il est également utilisé dans la transmission de signaux analogiques à large bande, la spectroscopie d’absorption (TDLAS) et les imprimantes laser.

Conclusion

Cet article présente deux types de sources lumineuses optiques — diode laser vs LED, et se concentre sur le principe de fonctionnement de chacune. Une chose à noter est que la longueur d’onde émise par les LED et les lasers se situe dans une plage continue plutôt qu’à une seule longueur d’onde. QSFPTEK propose des accessoires utilisés avec des sources optiques, comme des émetteurs-récepteurs à fibre optique. En savoir plus sur les produits QSFPTEK auprès du service client via [email protected].