OPTO-ÉLECTRONIQUE

Transistor optique et bistable optique

Les courbes I_t = f(I_i) obtenues dans le paragraphe précédent sont très semblables aux caractéristiques de certains systèmes électroniques. Il s'ensuit des analogies de fonctionnement et de comportement qui sont particulièrement claires dans deux cas : le transistor optique et le bistable optique.

Considérons la situation de la figure b et supposons que le faisceau incident ait l'intensité I₂. Si nous superposons à ce faisceau un faisceau faible dont l'intensité dépend du temps, nous voyons que les variations d'intensité vont être considérablement amplifiées sur le faisceau transmis par suite de la forme de la courbe I_t = f(I_i) au voisinage de I_i = I₂. Un tel système, qui agit donc comme un amplificateur de lumière, a des propriétés qui l'apparentent au transistor. C'est pourquoi on lui donne le nom de transistor optique.

Dans le cas de la figure d, il est possible de montrer que la partie de la courbe représentée en pointillés correspond à des solutions instables. Néanmoins, pour toutes les valeurs de l'intensité incidente comprises entre I′₂ et I′₄, il y a deux solutions stables pour l'intensité transmise. C'est la raison pour laquelle un tel système est appelé bistable. La valeur effectivement obtenue pour l'intensité transmise dépend de l'histoire antérieure du système. Supposons qu'initialement l'intensité incidente soit très faible et qu'elle croisse progressivement, le système évoluera continûment sur la branche inférieure de la courbe de bistabilité jusqu'au moment où, ayant atteint le point extrême de cette courbe (M₄ sur la figure c, B sur la figure d), il n'ait plus d'autre solution que de sauter sur la branche supérieure (N₄ sur la figure c, C sur la figure d). Ensuite, quand l'intensité incidente diminue, le même argument de continuité montre que le système décrit la branche CD de la courbe avant de sauter en A sur la branche inférieure de la courbe de bistabilité. Pour une intensité incidente voisine de I′₃, l'intensité transmise peut donc prendre deux valeurs différentes (associées aux points P et P′ de la figure d) selon les valeurs antérieures prises par l'intensité incidente. Un tel système se comporte donc comme une mémoire optique. Pour faire basculer la mémoire de P en P′, il faut appliquer un créneau positif d'intensité, c'est-à-dire augmenter transitoirement l'intensité au-delà de I′₄. En revanche, pour passer de P′ à P, il faut diminuer transitoirement l'intensité en deçà de I′₂.

Ainsi, il est possible d'obtenir théoriquement un transistor optique ou un bistable optique. En procédant à de petites modifications sur un tel système, d'autres fonctions (mise en forme d'impulsion, limitation d'intensité, portes logiques...) peuvent être obtenues.

Le système considéré ici (milieu non linéaire placé entre deux miroirs) connaît diverses variantes. Par exemple, la non-linéarité du milieu peut provenir d'une saturation de l'absorption plutôt que d'une saturation de la dispersion. D'autres dispositifs, où la réaction de la lumière est assurée par un mécanisme différent de celui de la cavité Fabry-Perot, ont également été étudiés.