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Optique et matériaux

  • Niveau d'étude

    Bac +3

  • Composante

    ENSIP : Ecole nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers

Description

L'objectif de cet enseignement est de montrer le lien entre les types de matériaux (métal, diélectrique, semi-conducteur), leurs propriétés électroniques et optiques et l'utilisation que l'on peut en faire dans des dispositifs techniques : miroirs, vitrages, détection de rayonnement... L’enseignement est découpé en 3 chapitres où différentes notions sont abordées :

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Objectifs

Etre capable d'expliquer les différences de propriétés électroniques et par conséquent optiques entre métal/isolant/semiconducteur ; Etre capable d'expliquer le fonctionnement de photodétecteurs thermiques et photoniques ; Savoir choisir le détecteur de lumière adéquate (UV-Visible-proche IR) pour des applications pratiques en fonction de leurs caractéristiques techniques ; Etre capable d'effectuer un travail de synthèse sur un sujet bibliographique et de le présenter de manière ordonnée et claire auprès d'un public initié.

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Heures d'enseignement

  • Optique et matériaux - TDTD12h
  • Optique et matériaux - CMCM16,5h

Programme détaillé

L'objectif de cet enseignement est de montrer le lien entre les types de matériaux (métal, diélectrique, semi-conducteur), leurs propriétés électroniques et optiques et l'utilisation que l'on peut en faire dans des dispositifs techniques : miroirs, vitrages, détection de rayonnement... L’enseignement est découpé en 3 chapitres où différentes notions sont abordées :

Chapitre 1 « Structure des solides » :

  • effet photoélectrique
  • Modèle atomique de Bohr
  • Atome et mécanique quantique
  • Liaisons atomiques
  • Solides / Théorie des bandes d'énergie.

Chapitre 2 « Propriétés électroniques & optiques des solides » :

  • Permittivité diélectrique
  • Indice & transmission, réflexion, absorption
  • Partie A : Les métaux (modèle de Drude)
  • Partie B : Les diélectriques (modèle de Lorentz et loi de Cauchy)
  • Partie C : Les semi-conducteurs (concept de trou, - fonction de FERMI DIRAC - SC Intrinsèque, Extrinsèque de type N, Extrinsèque de type P, phénomènes de transport, Jonction PN, Jonction métal/semi-conducteur, Propriétés optiques).

Chapitre 3 « Les photodétecteurs » :

  • Courant d'obscurité, Sensibilité spectrale
  • Bande passante
  • Bruits des capteurs optiques
  • Rapport signal à bruit
  • Détectivité & NEP
  • Efficacité quantique
  • Détecteur passif (Photorésistance ou cellule photoconductrice)
  • Détecteur actif (Capteurs photoémissifs : Photomultiplicateur, photodiode)
  • Détecteurs thermiques (thermistance, thermocouple ou thermopile, détecteurs pyroélectriques).

Les étudiants (par groupe de 3 à 4) doivent effectuer une synthèse bibliographique sur un sujet en lien avec l'utilisation de matériaux aux propriétés spécifiques dans le domaine de l'Energie, à partir d'un article publié dans la collection "Techniques de l'ingénieur".

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