L’optoélectronique est une branche de l’électronique qui traite de la conversion de l’énergie électrique en lumière et de la conversion de la lumière en énergie électrique au moyen de matériaux appelés semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont des matériaux cristallins solides dont la conductivité électrique est inférieure à celle des métaux mais supérieure à celle des isolants. Leurs propriétés physiques peuvent être modifiées par l’exposition à différents types de lumière ou à l’électricité. En plus de la lumière visible, des formes de rayonnement telles que la lumière ultraviolette et infrarouge qui ne sont pas visibles à l’œil humain peuvent affecter les propriétés de ces matériaux.
L’une des premières découvertes en physique qui a conduit au développement de l’optoélectronique moderne est connue sous le nom d’effet photoélectrique. L’effet photoélectrique est l’émission d’électrons par un matériau lorsqu’il est exposé à certains types de lumière. Lorsque le matériau absorbe suffisamment d’énergie sous forme de lumière, des électrons peuvent être projetés de la surface du matériau, générant ainsi un courant électrique et laissant des trous d’électrons. Un phénomène connexe est l’effet photovoltaïque dans lequel la lumière absorbée fait que les électrons d’un matériau changent d’état énergétique, créant ainsi une tension qui peut générer un courant électrique.
La production d’énergie solaire par des cellules solaires qui absorbent la lumière du soleil est une application courante qui tire parti de ces effets. L’électricité ainsi générée peut être utilisée directement ou stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure. Les applications pratiques des cellules solaires comprennent la production d’électricité à la fois sur terre, comme pour les maisons hors réseau dans des endroits éloignés, et dans l’espace, comme pour les satellites.
L’électroluminescence est un autre effet important qui est utilisé en optoélectronique. Lorsque l’électricité est appliquée à certains matériaux, elle pousse les électrons dans des états de haute énergie à se combiner avec des trous d’électrons et à tomber dans des états plus stables de plus faible énergie, libérant ainsi de l’énergie sous forme de lumière. Les diodes électroluminescentes (DEL) sont un exemple courant d’utilisation de l’électroluminescence. Les LED dans une variété de couleurs sont utilisées comme indicateurs de mise sous tension, dans les affichages numériques pour des éléments tels que les calculatrices et les appareils ménagers, pour éclairer les panneaux et les feux de circulation, comme les phares et les signaux sur les voitures, etc. Les tableaux de bord des véhicules utilisent également couramment l’électroluminescence pour l’éclairage.
La photoconductivité est le phénomène d’augmentation de la conductivité d’un matériau sous éclairage. Cet effet varie avec une plus grande intensité lumineuse générant plus d’électrons et de trous d’électrons dans certains matériaux, augmentant ainsi les conductivités électriques de ces matériaux. Les photocopieurs ont été rendus possibles grâce à l’application de ce phénomène particulier de l’optoélectronique. Lorsqu’une surface photoconductrice d’un photocopieur est exposée à une image, une différence de conductivité est créée entre les zones éclairées qui ne contiennent pas l’image et les sections non éclairées qui en contiennent. En conséquence, la poudre dans la machine est distribuée sous la forme d’une image, après quoi elle est fusionnée à un morceau de papier pour terminer le processus de copie.
Ces effets optoélectroniques et d’autres sont intégrés dans une vaste gamme d’appareils et d’applications dans de nombreuses combinaisons, avec encore plus en développement. De nombreuses industries ont été révolutionnées par l’application de l’optoélectronique. Les dispositifs optoélectroniques jouent un rôle essentiel dans les applications et les produits, des ordinateurs aux communications, de la technologie médicale aux équipements militaires, de la photographie et d’autres techniques d’imagerie, et au-delà.