Brevet FR2005004A1 — publié le 19691205

=1— 2005004 La présente invention se rapporte à l'enregistrement d'une information par holographie. La présente invention est d'importance générale dans le domaine de l'holographie, car elle présente un nouveau milieu d'en-5 régistrement holographique et du fait que la présente invention peut être utilisée pour réaliser des réseaux de diffraction de qualité élevée à très bas prix, elle se rapporte également aux appareils et aux techniques qui les utilisent. Il est courant de trouver des hologrammes réalisés sur des 10 milieux d'enregistrement constitués par des émulsions photographiques. Le cliché photographique sur lequel l'hologramme doit être enregistré comporte une émulsion qui est exposée à des faisceaux de laser incidents et produisant des interférences, dont l'un peut représenter un faisceau contenant une information et 15 l'autre tin faisceau de référence. Comme c'est le cas dans la photographie ordinaire, 1'émulsion exposée est développée et fixée pour donner un milieu présentant une densité non uniforme de particules d'argent absorbant la lumière, la non uniformité étant bien entendu en rapport avec la variation d'intensité lumineuse de 20 l'objet intéressé. En holographie, ensuite, comme dans la pho.to-graphie courante, la reconstruction dépend de la capacité de l'é- . mulsion développée à absorber la lumière utilisée pour "lire" l'information enregistrée et de ce fait le procédé est d'une manière inhérente un procédé à pertes. 25 Cependant, à la différence de la photographie ordinaire, l'holographie ne fait pas enregistrer une image, mais au contraire une configuration extrêmement complexe d'interférences, et en fait l'hologramme est en principe une configuration de diffraction compliquée. Malheureusement, du fait des pertes qui leur sont pro-30 près, les hologrammes réalisés sur émulsion photographique ne sont pas. très efficaces et de plus la structuré de grain d'une émulsion photographique constitue un facteur de limitation inhérent de la résolution et de la qualité de la diffraction. On sait cependant d'une manière générale qu'une variation 35 de l'indice de réfraction d'un milieu d'enregistrement et de transmission, plutôt qu'une variation d'opacité, permettrait d'obtenir la diffraction recherchée avec des pertes moindres. Une tentative dans ce sens a consisté à utiliser des milieux de transmission solubles qui sont rendus sélectivement insolubles en les 69 06454 2005004 exposant à la lumière et en les soumettant ensuite à une opération d'attaque chimique qui élimine les parties qui sont encore solubles, ce qui donne une surface caractérisée par une variation d'épaisseur du milieu. La diffraction, qui se traduit par la re-5 construction, est basée sur les différences des indices de réfraction du milieu et de l'air, et elle augmente lorsqu1augmente Zîn.t, où «An est la différence entre les indices de réfraction, et t l'épaisseur du milieu. Cette technique présente cependant certaines limitations 10 indésirables. Du fait que n est obtenu par l'enlèvement de matière par attaque chimique, les régions grises du sujet qui présentent de l'intérêt et qui doivent être traduites sur l'hologram-/ me par des régions où 1'insolubilisation n'est que partielle, ne sont pas souvent enregistrées d'une manière fidèle. De plus, ii 15 faut des pellicules minces de l'ordre de quelques microns pour-réduire 1'affouillement pendant l'attaque chimique, et ceci, cependant, comme indiqué par l'équation ci-dessus, est contraire au but recherché. Comme autres inconvénients, les milieux solubles utilisés d'une manière typique tendent à présenter des déforma-20 tions (par exemple un gonflement) pendant l'attaque chimique, en particulier lorsqu'ils sont de faible dimension, et ils présentent des rapports élevés du bruit au signal. Les milieux d'enregistrement formés par de la gélatine durcie selon la présente invention permettent de supprimer ces limitations, ainsi que d'au-25 très. Suivant la présente invention, on a trouvé que des pellicules en gélatine durcie sensibilisée constituent des milieux excellents pour l'enregistrement d'une information par holographie. Une pellicule de gélatine durcie est sensibilisée de manière à présen-50 ter une réponse à la lumière en la mettant en contact avec une solution de sensibilisateur approprié; une fois ainsi sensibilisée, on expose alors la pellicule de la manière holographique habituelle; après l'exposition, la pellicule peut être lavée à l'eau pour la désensibiliser et pour réduire ses caractéristiques de bruit; 35 et finalement 1'eau qui reste de 11 opération de lavage précédente peut être éliminée en mettant la pellicule en contact avec un~:mi-lieu soluble dans l'eau qui lui-même est suffisamment volatil". pour s'éliminer de lui-même. Pour certaines applications, telles que 1'interférométrie 69 06454 -3- 2005004 par moires, il peut être souhaitable de supprimer les opérations de traitement qui suivent l'exposition. Il est également possible d'utiliser initialement de la gélatine non durcie et d'introduire une opération de durcissement 5 à la suite de l'exposition, mais avant l'opération de lavage. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation 10 conformes à l'invention. Sur ce dessin : - la' figuré 1 représente schématiquement une vue latérale d'un hologramme à transmittance ; - la figure 2 représente schématiquement une vue latérale 15 d'un réseau à déphasage selon l'invention ; et : - la figure 3 représente schématiquement un procédé d1 enregistrement par holographie. Le principe sous-jacent de tout hologramme ou de tout réseau de diffraction réside dans les interférences lumineuses. Lorsque 20 les interférences sont produites par une variation périodique de la transmittance du milieu d'enregistrement, telle que par exemple, par des bandes opaques et transparentes alternées, l'hologramme est du type dit à transmittance spatiale. Une partie d'un hologramme à transmittance est représentée sur la figure 1 qui repré-25 sente une matière opaque 1 disposée sur un substrat 12. Un holo"-gramme sur émulsion photographique est, par exemple, de ce type. 'Dans un autre cas, on obtient les interférences non en faisant varier la transmittance, mais par une variation spatiale de l'indice de réfraction du milieu de transmission, qui à son tour 30 produit un déphasage et de ce fait des interférences. Un hologramme ou réseau à déphasage est représenté sur la figure 2 où le milieu d'enregistrement 2 qui se trouve sur le substrat 12 présente des variations de son indice de réfraction entre des valeurs n et nj_, la matière dont 1 ' indice^n^ étant représentée par les 35 réglons ombrées. L'efficacité d'un réseau à déphasage dépend des valeurs des différences des indices de réfraction en tout point du milieu d'enregistrement. Un traitement théorique des réseaux à déphasage de ce type a 69 06454 2005004 montré que le rapport Tj des intensités diffractées qui contribuent à la reconstruction du front d'ondes initial par rapport à ' l'intensité du faisceau de reconstruction est au maximum de 0,339 Brooklyn Polyt3chnic Press :T.Y. 19Ô7) » Le système de gélatine durcie selon la présente invention est capable de présenter des rendements se rapprochant des valeurs maximales pour les hologrammes du type à déphasage épais prévus par la théorie. Ceci doit être 10 comparé avec les hologramaies sur émulsion photographique dont les rendements sont en gros de 0,04 environ. Les pellicules en gélatine durcie qui doivent être utilisées selon la présente invention peuvent être réalisées en durcissant de la gélatine avec des solutions de durcissement classiques et 15 bien connues de la gélatine. Le terme "gélatine durcie" tel qu'il est utilisé ici, se rapporte d'une manière générale à une gélatine qui n'est pas facilement soluble dans l'eau, en particulier lorsqu'elle est mise en contact avec de l'eau pendant des périodes de durée relativement courte, par exemple inférieure à cinq minu-20 tes. Le sensibilisateur a pour fonction de produire dans la pellicule de gélatine des variations locales de l'indice de réfraction d'une valeur suffisamment élevée pour obtenir une diffraction utile. Des sensibilisateurs appropriés sont par exemple des bi-25 chromâtes, tels que le bichromate d' ammonium ou de potassium, mais on peut également utiliser d'autres sensibilisateurs. Des essais rapportés ici ont utilisé d'une manière typique le produit de réaction jaune-orange qui se cristallisait lorsqu'une solution aqueuse saturée de 5 ml de pyridine et de 7 grammes de CrO^ était 30 ajoutée à un excès d'acétone à -10°G. Il est envisagé que l'utilisation industrielle ou commerciale de la technique selon la présente invention fasse usage de pellicules de gélatine initialement durcie plutôt que de pellicules do gélatine soluble qui doivent être durcies après l'exposition, bien 35 qne la présente invention ne se limite pas à un tel mode préféré l'utilisation. C3pendant, si on utilise des pellicules initialement solubles, le sensibilisateur0, en solution, peut être mélangé avec la gélatine aqueuse pendant le stade de fabrication de la pellicule. Des quantités de sensibilisateurs s1élevant jusqu'à sa PAD ORIGINAL 69 06454 -5- 2005004 limite de solubilité dans la gélatine aqueuse sont acceptables, et comme limite inférieure, le sensibilisateur doit être en quantité suffisante pour produire une variation significative de l'indice de réfraction de la pellicule après exposition. En fonc-5 tion du rapport en poids du sensibilisateur au bichromate par rapport à la gélatine, ces limites sont d'environ 0,6 et 0,1, respectivement . Cependant, pour le mode d'utilisation préféré, des pellicules de gélatine très pré-durcies sont sensibilisées en les mettant 10 en contact avec une solution de sensibilisateur pour obtenir une forme quelconque d'association du sensibilisateur et de la matière de la gélatine. D'une manière typique, avec les bichromates, la concentration du sensibilisateur est comprise entre 0,1 à 10 % en poids en solution aqueuse; des quantités plus importantes ten-15 dant à produire une précipitation indésirable du sensibilisateur sur la pellicule. En général, une période de trois à cinq minutes représente la période préférée pour obtenir une bonne sensibilisation sans ramollir d'une manière appréciable la gélatine durcie, lia sensibilisation peut s'effectuer à la température ambiante. 20 Après l'avoir enlevée de la solution, on laisse sécher la pellicule. Du fait que les pellicules de gélatine sensibilisée peuvent subir une réaction dans l'obscurité, on doit de préférence les utiliser rapidement après leur séchage. La réalisation de l'hologramme est simple et immédiate, et 25 elle est représentée sur la figure 5- Un faisceau source 10 et un faisceau de référence 11 (qui tous les deux peuvent'comporter une source quelconque d'énergie diffuse d'un laser) sont dirigés sur une pellicule de gélatine sensibilisée 13 (durcie ou non durcie) sur un substrat 12, les faisceaux incidents faisant respectivement 30 des angles ©g et ©g délimités respectivement par le faisceau et par la normale P à la pellicule 13. Pendant l'exposition, le front d'ondes d'interférences qui résulte de l'interférence du faisceau source 10 et du faisceau de référence 11 est enregistré. Immédiatement après l'exposition, un hologramme réalisé de cette manière 35 présente un rendement d'environ 0,20 (à comparer avec le rendement de 0,04 d'un cliché photographique traité). D'une manière générale, des rendements de reconstruction supérieurs à 0,20 sont souhaitables et, comme on le verra plus loin, on peut les obtenir à l'aide de la présente invention. Cependant, 69 06454 2005004 lorsque certaines mesures doivent être effectuées par interféro-métrie avec moires, les rendements inférieurs sont amplement compensés par la suppression de-la nécessité d'enlever la pellicule exposée de sa position d'exposition pour lui faire subir un déve-5 loppement quelconque. Dans -un tel essai interférométrique qui peut être conduit d'une façon générale de la manière représentée sur la figure 3, des sources d'énergie diffuse sont utilisées pour exposer le milieu d'enregistrement. L'information concernant les sources qui se 10 trouvent dans le front d'ondes d'interférence produit est enregistrée sous la forme d'une variation spatiale compliquée de certaines caractéristiques du milieu, qui est ensuite enlevée, traitéç pour développer un hologramme et comparée à une autre configuration d'interférences qui est semblable. La comparaison s'effectue 15 en remettant en position l'hologramme qui est alors développé à la position d'exposition et en dirigeant sur lui un second front d'ondes. Les différences entre les fronts d'ondes apparaissent sous la forme de franges d'interférences ou moires, mais une mise en position imprécise cls 1 ' hologramme produit des franges même 20 lorsqu'on compare des informations identiques. De ce fait, -la remise en position est critique et constitue souvent une'source de difficultés. On voit par suite qu'en utilisant les pellicules de gélatine durcie sensibilisées selon 1'invention; oette difficulté peut 25 être supprimée complètement du fait qu'on peut obtenir un rendement de 0,20 sans avoir à enlever la pellicule après que la première information a été enregistrée, et que par exemple aucun développement photographique ni aucune opération d'attaque chimique du type à réserve photographique ne sont nécessaires pour obtenir 30 un hologramme fonctionnel capable de produire des franges de moires lors d'une comparaison immédiate d'une nouvelle information. Bien entendu, dans la plupart des applications, qu'elles soient d'interférométrie à moires ou autres, l'hologramme doit être réalisé sous la forme d'un enregistrement permanent. Ceci 35 oblige à désensibiliser la pellicule exposée pour arrêter toute autre variante pouvant être produite par une exposition supplémentaire ou par une réaction dans l'obscurité. Ceci est effectué'simplement en lavant l'hologramme dans de l'eau courante pendant quelques minutes. Du fait que 1'hologramme est toujours déjà durci 69 06454 2005004 à ce point de son traitement, l'opération de lavage ne produit aucune distorsion ou déformation indésirable appréciable du type qui résulterait de l'attaque chimique d'.ne gélatine non durcie par l'eau. De ce fait, il est possible de continuer à traiter 5 l'hologranrae pour obtenir une réduction et pratiquement une annulation de toute caractéristique susceptible de faire obstacle à sa clarté optique. Après le lavage, l'hologramme est bien entendu mouillé. Si on le laisse sécher d'une manière naturelle, cependant, son rende-10 ment tombe d'environ 0,20 à G,1C environ, ce qui est très en dessous du maximum théorique. Cependant, le rendement peut être amené-au maximum théorique si, avant qu'il ne sèche, on élimine l'eau de surface en mettant en contact l'hologramme mouillé avec un solvant absorbant l'eau qui n'est pas dangereux pour la. gélatine dur-/v est 15 cie et qui lui-meme/suffisannent volatil pour s'eliminer de lui-même. Des solvants tels que l'éthanol absolu et le propanol absolu constituent deux exemples de ces solvants. Le système de gélatine durcie sensibilisée selon l'invention ne présente aucune limitation spéciale en ce qui concerne son 20 épaisseur, et il est envisagé de pouvoir utiliser des pellicules plus épaisses toutes les fois où cela est avantageux. Des hologrammes en pellicule de gélatine durcie d'une épaisseur de 15 microns sur du verre peuvent présenter des rendements s'élevant jusqu'au maximum théorique (1,0) pour les pellicules épaisses. 25 De plus, du fait que la variation d'indice de réfraction local est à peu près linéaire en fonction de l'exposition de l'hologramme de gélatine durcie, on obtient un enregistrement des gris d'une manière très supérieure à celle qui était possible pour les systèmes du type à attache chimique. De ce fait, les hologram-30 mes en gélatine durcie sensibilisée constituent des hologrammes du type à déphasage excellent et à grand rendement, pouvant être utilisés même lorsqu'on les expose à une information extrêmement modulée. Bien entendu, dans le cas oii le faisceau source lu- et le 35 faisceau de référence 11 sont tous les deux essentiellement non modulés, le front d'ondes d'interférences enregistré n'est pas compliqué et se présente sous la forme d'une simple configuration de réseaux de diffraction comportant des régions alternativement exposées et non exposées. Un réseau à déphasage développé réalisé 69 06454 -3- 2005004 de cette manière est représenté schématiquement sur la figure 2, où on a représenté un réseau d'épaisseur t avec un espacement du réseau de d. La résolution qu'on peut obtenir avec le système selon la 5 présente invention est comparable ou meilleure que- celle des pellicules photographiques à haute résolution, mais bien entendu les rendements des hologrammes sur gélatine, qui sont des hologrammes à déphasage, sont très supérieurs. Il va de soi que la présenta invention n'a été décrite et 10 représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 06454 2005004 1. Procédé pour produire un hologramme à déphasage en exposant un milieu d'enregistrement formé par de la gélatine contenant un sensibilisateur à la lumière à une configuration de diffraction 5 lumineuse et en le lavant ensuite à l'eau, procédé caractérisé en ce qu'on utilise un milieu formé par de la gélatine qui a été suffisamment durcie avant d'être exposée à la configuration lumineuse pour qu'aucune perte sensible de gélatine ne se produise pendant le lavage, et en ce que le sensibilisateur à la lumière est une 10 substance qui a pour résultat de produire une variation de l'indice de réfraction de la gélatine dont l'importance dépend de l'importance de l'exposition à la lumière. 2. Procédé suivant, la Revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule de gélatine durcie est sensibilisée çn la mettant en 15 contact avec une solution aqueuse d'un bichromate soluble dans l'eau. 3. Procédé suivant la Hevendication 2, caractérisé en ce que la pellicule est mise en contact avec une solution de 0,1 à 10% en poids de bichromate pendant une période de trois à cinq minutes 20 environ. 4. Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé en ce qu'à la suite de l'exposition, la pellicule est désenbilisée en la mettant en contact avec de l'eau pour la laver pendant quelques minutes. 25 5» Procédé suivant la Revendication 4, caractérisé en ce qu'à la suite du lavage à l'eau, la pellicule est mise en contact avec un solvant d'absorption de l'eau et s*éliminant de lui-même avant que la pellicule puisse se sécher naturellement d'une manière importante. 30 6. Procédé suivant la Revendication 3, caractérisé en ce que pour effectuer une mesure interférométrique de moire, on expose la pellicule à des faisceaux contenant une première information de façon à obtenir l'enregistrement de la première information, on soumet la pellicule à un front d'ondes incident contenant une se- 35 conde information tout en maintenant la pellicule en position, et on détecte toutes les franges de moires qui sont produites de cette manière à l'aide d'un moyen servant à détecter de telles franges, de façon à effectuer une comparaison entre la première et la seconde informations. 40 7. Hologramme, caractérisé en ce qu'il est réalisé suivant le procédé de la Revendication 5»