Brevet FR2028355A1 — publié le 19701009

La mémoire optique inaltérable tri-dimensionnelle, de l'invention, est constituée par un empilement de plaques transparentes composées, soit d'un matériau ferro-électrique, soit d'un matériau ferro-magnétique, dans lesquelles l'information binaire est stockée sous forme de domaines. L'empilement des 5 plaques contenant les domaines permet à une source de lumière polarisée de traverser ledit empilement et d'apparaître, pour un dispositif de détection, sous l'aspect d'une source homogène. Lorsqu'un champ électro-magnétique est appliqué à une seule plaque de l'empilement, la polarisation des domaines dans cette plaque, est entrainée circulairement créant ainsi une biréfringen-10 ce dans le matériau. La source de lumière polarisée est alors modulée par une telle plaque, sélectionnée de façon particulière, et ceci, conformément à la structure de bits particulière à ces domaines. Cette structure peut être traduite en image, dans un tableau de détecteurs. Lorsque le champ électromagnétique est supprimé, les domaines perturbés reviennent dans leurs états 15 de stockage original, de telle sorte que la lunière polarisée interrogatrice apparait, de nouveau, sous l'aspect d'une source homogène, à tous les détecteurs Dans les mémoires optiques habituelles, le stockage de l'information est normalement plan. C'est-à-dire, que l'information binaire est stockée dans un seul plan de mémoire du matériau, et que 1'infopnation stockée est détectée, 20 grâce à l'envoi d'un faisceau polarisé interrogateur à travers le plan de mémoire, ce par quoi ledit faisceau interrogateur est modulé par la nature du stockage. Le système servant à détecter une lumière ainsi modulée sont bien connus, et la littérature spécialisée abonde en description de mémoires du type planaire. 25 Les plans de mémoire individuels sont, évidemment limités dans leur capa cité à stocker de l'information. Il serait extrêmement désirable d'avoir la possibilité d'empiler au moins 100 plans de mémoire, l'un sur l'autre, afin d'accroître la capacité de la mémoire. La lumière polarisée interrogatrice est conçue pour traverser la totalité de l'empilement. Le stockage des "1" et 30 de "0" se fait sous la forme de domaines anti-parallèles c'est-à-dire que le stockage d'un "1" binaire comprend une polarisation, ou une paroi du domaine, formant un angle de 1B0° avec celui d'un "0" binaire. De tels états binaires ne sont pas discernables l'un de l'autre du fait que la lumière polarisée n'est pas modulée par des parois, de domaine ainsi orientées à 180°. Tous 35 les plans de mémoire apparaissent comme homogènes et sont indifférents à une lumière polarisée qui est perpendiculaire à l'empilement. Cependant, si un champ ou une contrainte électro-magnétique est appliqué perpendiculairement à l'axe polaire, et est choisie de façon à exercer des couples opposés sur les domaines anti-parallèles, de façon à perturber mais sans l'entrainer ciculai-40 rement la polarisation, les domaines anti-parallèles deviennent alors discer 69 45797 2 2028355 nables. C'est ainsi, que chacun des plans de mémoire constituant l'empilement comprendra un cristal ferro-électriquecapable de supporter les parois de domaine anti-parallèle. Associées à chacun de ces plans de mémoire ainsi conçus, une paire d'électrodes auxquelles un potentiel électrique peut être appliqué 5 sélectivement, afin de sélectionner un plan à interroger, sera prévue. Pendant l'état statique de l'empilement de mémoire, la lumière polarisée interrogatrice, compte non tenu des caractéristiques de réflexion et d'absorption du cristal ferro-électrique choisi, sera transmise, inaltérée, à travers l'empilement. Lorsqu'une plaque de mémoire donnée, doit être choisie dans l'empilement un 10 champ électrique est appliqué perpendiculairement à l'axe polaire de ladite plaque de mémoire provoquant une perturbation de la paroi de domaine sotcKant un "1", différente de la perturbation de la paroi de domaine sotcKant un "0". Ladite différence est détectée par un moyen de détection optique. En fait, tous les bits d'une plaque de mémoire isolée peuvent être extraits en parallèle. 15 L'inuention décrite ci-dessus peut aussi être appliquée à une pile de plans de mémoire dans laquelle le otckage binaire est effectué grâce à l'utilisation du positionnement anti-ferromagnétique. Les domaines anti-ferromagnétiques ayant des directions de positionnement différentes peuvent sembler homogènes à un faisceau de lumière interrogatrice dans l'état non perturbé. Une force 20 ou un champ magnétique qui favorisera un domaine au détriment de l'autre permettra aux domaines d'être discernables. Un objet de cette invention sera, en conséquence, de parvenir à la lecture optique d'une mémoire à trois dimensions. Un autre objet de l'invention est de réaliser la lecture optique d'une 25 mémoire tri-dimensionnelle, dans laquelle la lumière interrogatrice traverse la mémoire' de façon homogène, pendant l'état statique de ladite mémoire. Un autre objet de la présente invention est de permettre le fonctionnement de la pile de mémoires, mime lorsque quelques unes des plaques composant ladite mémoire ont été retirées de la pile. 3Q Ce qui précède et les autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description plus particulière suivante, d'une réalisation préférée de l'invention, telle qu'elle est illustrée dans les dessins joints. Dans les dessins. 35 La figure 1 est une représentation schématique de la mémoire tri-dimen sionnelle. La figure 2 est une représentation schématique du stockage d'un bit binaire, sous la forme de domaines anti-parallèles, dans une surface plane ferro-électrique. 40 La figure 3 est un diagramme représentant les relations entre les axes 69 45797 3 2028355 polaires et les champs électrique/ appliqués aux domaines par rapport à ces axes polaires. La figure 4 est une représentation schématique du fonctionnement du plan de lecture, dans le cas d'une mémoire tri-dimensionnelle utilisant des pla-5 ques de stockage ferro-électriques. La figure 5 représente de quelle façon la lumière polarisée linéaire traverse une pile de mémoires, lorsqu'un seul plan est interrogé. La figure 1 représente une mémoire tri-dimensionnelle, comprenant une pile 2 de plans de mémoire 4, constitués chacun par un monocristal plat 6 de 10 titanate de barium (BaTiOg) et par une paire d'électrodes 8 et 10 déposées sur deux bords opposés de chaque cristal 6. Les dites électrodes 8 et 10 peuvent être des films minces d'un métal conducteur, tel que l'or, le platine le cuivre, etc... qui est déposé par dépôt électrolytique, dépôt sous phase gazeuse, ou rendu adhérant au cristal 6 par tout autre moyen. La configurais tien des électrodes ne doit pas nécessairement itre conforme à la représentation des dessins. Les électrodes ont une forme ainsi conçue, que le potentiel appliqué aux dites électrodes 6 et 10 produisent un champ électrique uniforme dans le plan de mémoire 4 qui leur correspond. Les électrodes 8 et 10 comportent des lignes appropriées 12 et 14 qui leur sont appliquées, de 20 telle façon que les impulsions de tension, en provenance du générateur d'impulsions 16 peuvent être appliquées à volonté, par l'intermédiaire du commutateur 18, au cristal associé 6. Chaque cristal peut être rendu actif sélectivement, et les commutateurs 18 ne représentent que de façon symbolique un réseau de commutation susceptible d'opérer une telle sélection. 25 Une source de lumière cohérents polarisée, 20, telle qu'un laser projette son faisceau à travers une lentille 22, afin de fournir le faisceau de rayons parallèles 24. Ledit faisceau 24 traverse un polariseur 26, puis la pile entière de plaques de mémoire 4. A la sortie de la pile 2, se trouvent un analyseur 26 et un détecteur 30. Le détecteur 30 est constitué par une matri-30 ce de photo-diodes, à raison d'une diode pour chacune des positions de bit contenue dans un plan de mémoire 4. La zône de détection de chaque photo-diode de même que l'espacement entre les dites photo-diodes, sont choisies de façon à être compatibles avec la largeur d'un domaine dans un cristal de BaTiOg. L'épaisseur des plaques de cristal peut varier de 0,00001 cm à 0,01 cm 35 et, pour des épaisseurs de plaque allant de 0,001 cm à 0,1 cm, les domaines -4 individuels dans le BaTiOg sont de l'ordre de 10 cm. Ce matériau de stockage extrêmement mince, qui constitue un plan de mémoire individuel peut être porté si nécessaire par un support. Chacun des cristaux 6 est fabriqué de façon à ce que sa surface soit de 40 l'ordre de 1 cm2, et il peut être fixé à la pile de mémoires 2, par des 69 45797 4 2028355 goupilles de positionnement, des canaux etc... non représentés, qui sont bien connus dans l'art de la micro-miniaturisation électronique et ne font pas partie de la présente invention. Chacun des dits cristaux 6 peut comporter intérieurement des données binaires, inscrites de telle façon que chaque don-5 née est représentée sous la forme de domaines anti-parallèles, un premier domaine représentant le stockage d'un "1" binaire, et un autre domaine, orienté à 180° dudit premier domaine, représentant le stockage d'un "0" binaire. La façon dont les dits domaines anti-parallèles sont enregistrés ne fait pas partie de l'invention, on peut utiliser par exemple des techniques de réalisation 10 de domaines anti-parallèles bien connues dans l'art et décrite dans la littérature spécialisée dans la description des mémoires à adressage par faisceau lumineux ou électronique. Les figures 2 et 3 seront maintenant étudiées, afin de mieux comprendre comment l'on parvient à faire apparaître comme homogène à une matrice de détec-15 teur 30, un faisceau interrogateur polarisé pendant la période d'état statique lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué à un cristal 6 et comment les domaines anti-parallèles sont rendus discernables, lorsqu'un champ électrique est appliqué à un cristal. La figure 2A représente deux domaines adjacents, dans lesquels l'axe po-20 laire représenté par les flèches 32 et 34 34 de chaque domaine, est positionnée dans le plan du cristal 6. Il est supposé ainsi qu'il apparaît dans la figure 3, que le plan X-Y du cristal 6 est le plan de stockage, et que le stockage binaire est parallèle à l'axe X. De tels domaines sont dénommés domaines "a" et sont positionnés dans le plan du cristal. Un domaine tel que 25 celui dont l'axe polaire 32 est dirigé vers l'axe Y représente le stockage d'un "1" binaire, alors que le domaine 34, dont l'axe polaire est dirigé en sens inverse de l'axe Y représente le stockage d'un "0". La lumière polarisée qui est utilisée pour interroger l'état de stockage d'un plan de mémoire 4 est dirigée parallèlement à l'axe Z et perpendiculairement à tous les plans de 30 mémoire de la pile 2. Si un champ électrique E, ou une contrainte mécanique S est appliquée dans le plan du cristal 6, de telle façon que ledit champ ou ladite force.soit perpendiculaire aux domaines a, les axes polaires des domaines sont dérangés et la pointe de chaque flèche 32 ou 34 tourne dans la direction du champ ou de la 35 force appliquée. Le champ appliqué, car la discussion supposera que c'est un champ électrique et non une contrainte qui est utilisé,est choisi de façon à avoir une force suffisante pour déplacer l'axe polaire d'un certain angle, mais non pour 1'entraîner circulairement à tel point qu'il commuterait dans un état différent de son état original. Lorsque de la lumière polarisée est dirigée le 40 long de l'axe Z, à travers la pile de mémoires disposée entre des polariseurs 69 45797 5 2028355 y croisés, les domaines anti-parallèles seront caractérisés par la même extinction. Ainsi quel que soit l'état de stockage des bits binaires dans chaque plan de la pile 2, les photo-diodes individuelles qui composent le détecteur, ne distinguent pas un "1" d'un "0". Cependant, lorsqu'un champ électrique E est appliqué le long de l'axe Y, les positions d'extinction correspondant aux domaines anti-parallèles sont différentes, et cette différence est détectée par les photo-diodes du détecteur 30. L'examen de la figure 4 montre de la meilleure façon comment s'effectue cette distinction. Il sera supposé que le faisceau lumineux 24 de la figure 1 est contraint de traverser le polariseur 26 de telle façon que l'axe du polariseur et l'axe polaire de chaque bit binaire de chaque plan de mémoire 4 sont parallèles. Le faisceau de lumière polarisé rectilignement 24 est transmis inaltéré, si ce n'est les pertes habituelles par réflexion et par absorption qu'il subit à travers la pile 2 de plaques de mémoire. L'analyseur croisé 28 présentera une diminution égale du faisceau de lumière interrogatrice 24, et le détecteur 30 ne sera pas apte à distinguer un signal "1" d'un signal "0". Supposons maintenant qu'un plan de mémoire 4 est perturbé par l'application d'une impulsion de tension entre les électrodes 8 et 0 qui lui sont associées, de telle sorte que le champ électrique momentané perturbe les domaines respectifs contenus dans ledit plan de mémoire. Lorsqu'un seul plan de mémoire est perturbé, la nature de la lumière issue, d'un plan perturbé de matériau biréfringent dépend de : a/ l'orientation de l'axe polaire par rapport au plan de polarisation et b/ la différence de parcours optique entre les vibrations lunineuses parallèles, et perpendiculaires, à l'axe polaire De façon générale, la lumière issue de la plaque perturbée sera polarisée élliptiquement, l'ellipse étant déplacée circulairement dans la direction de l'axe polaire. La lumière incidente à l'analyseur 20 sera polarisée elliptiquement et selon la différence de parcours dans les plaques qui suivent la plaque perturbée. Si l'épaisseur de chacune des plaques 6 est telle, que la différence de phase entre une composante vibratoire parallèle à l'axe polaire est égale à p où p est un nombre impair entier, et X la longueur d'onde de la lumière polarisée, la lumière issue de chacune des plaques est alors polarisée rectilighfement. C'est-à-dire qu'en choisissant l'épaisseur appropriée du matériau ferro-électrique, la vitesse de la composante horizontale et de la composante verticale de la lumière polarisée à travers le matériau peuvent être rendue effectivement égale pour sortir sous la forme de lumière polarisée rectilignement. La figure 5 est une représentation, sous la forme de diagrammes, de l'effet des plans de mémoire 4, non perturbés succédant à un plan de mémoire 69 45797 6 2028355 perturbe sur la lumière polarisée émergeant de ce dernier, et elle constitue, en fait une discussion plus détaillée de ce qui se passe, pendant l'extraction de la mémoire optique. Dans la discussion qui suit, l'interaction d'une lumière polarisée rectilignement avec un matériau ferro-électrique tel que le 5 BaTiOg où les domaines anti-parallèles représentent des stockages binaires, équivaut au cas d'un cristal uni-axe, taillé parallèlement à son axe optique. L'axe polaire est parallèle audit axe optique. Dans la figure 5, le faisceau de lunière interrogative est perpendiculaire au plan de stockage et prend la forme d'un faisceau polarisé, rectilignement après avoir traversé un plan 10 de mémoire non perturbé. Il sera supposé qu'il existe cinq plans de mémoire dans la pile 2 et que le troisième plan de mémoire 4 est perturbé par l'application d'un champ électrique E, perpendiculairement à l'axe polaire. Un "1" stocké aura son axe polaire entrainé circulairement d'un angle 9 et un "0" stocké aura de la même 15 façon son axe polaire entrainé circulairement, du même angle 0 , les sens de rotation étant représentés respectivement dans les figures 5A et 5B. Le faisceau polarisé original 24, après avoir pénétré un plan 4 perturbé contenant un M1" stocké, aura son plan de polarisation entrainé circulairement de l'angle 8, si bien que le faisceau polarisé entrainé circulairement, possè-20 de maintenant une composante parallèle à l'axe polaire, et une composante perpendiculaire à l'axe polaire. Lorsque le faisceau polarisé 24, sort du plan de mémoire perturbé, du fait du choix judicieux de l'épaisseur dudit plan de mémoire, le plan de polarisation est entrainé circulairement d'un angle B supplémentaire, de telle sorte que le plan de polarisation original est entrainé 25 circulairement dans le sens des aiguilles d'une montre, d'un angle de 2 8, dans le cas d'un plan 4 perturbé stockant un "1" binaire, cependant que le plan de polarisation original est entrainé dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, d'un angle de 2 0 dans le cas d'un plan perturbé stûckant un "0" binaire. Comme le plan de polarisation entrainé circulairement traverse des plans de 30 mémoire adjacents non perturbés, le faisceau 24 décalé est commuté d'un angle 2 S par rapport à l'axe polaire. Ainsi que le représente la figure 4, l'analyseur 28 est positionné à un angle de 2 B ; entrainé circulairement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, par rapport à l'axe polaire, de telle façon que l'analyseur puisse 35 distinguer un "1 " sotcké, d'un "0" stocké. Une difficulté est rencontrée avec le présent montage, en ceci, que après qu'un plan de mémoire 4 a été perturbé les plans de mémoire non perturbés font commuter alternativement, le plan de polarisation, entrainé circulairement, dans le sens des aiguilles d'une montre, puis dans le sens inverse, pour un " 1" mémorisé j mais, dans le sens inverse 40 des aiguilles d'une montre, puis dans le sens direct dans le cas d'un "0". En 69 45797 7 2028355 conséquence, en supposant dix Cou tout nombre pair) plans de mémoire 4, dans une pile, si un plan de numérotation paire est perturbé, un "1" stocké est alors détecté par le détecteur 30 sous la forme d'une rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre, du plan de polarisation, cependant qu'un "0" 5 mémorisé est détecté comme une rotation, dans le sens des aiguilles d'une montre, du plan de polarisation du faisceau 24. Cette difficulté peut être surmontée en fournissant une fonction de "comptabilité" à la position d'adressage de la mémoire, de telle sorte que la sélection d'un plan de mémoire 4, de numérotation impaire, dans une pile conditionnera le détecteur 30, afin 10 d'indiquer si la lumière transmise par l'analyseur 28 doit être interprétée comme un "1" ou comme un "0". De tels montages ne sont pas représentés car ils ne font pas partie de l'invention proprement dite, telle qu'elle est décrite et revendiquée ici. Si on le désire, les plans de mémoire 4 peuvent être composés d'un maté-15 riau magnéto-optique tel que de l'oxyde d'Europium, dans lequel les données binaires sont représentées par des domaines magnétiques stockés, et où le champ perturbateur serait un champ magnétique appliqué à un plan de mémoire, au lieu d'un champ électrique afin de réaliser la modulation d'un faisceau interrogateur de lumière polarisée. 20 Des domaines ferro-électriques anti-parallèles peuvent également être stockés perpendiculairement au plan de mémorisation 4, constituant en l'occu-rence une plaque à "domaine c". Ces domaines anti-parallèles apparaîtraient comme homogènes, dans l'état non perturbé, à un faisceau de lumière interrogateur 24. L'application d'un champ électrique ou d'une contrainte, à l'une des 25 plaques de stockage d'une pile de plaques de mémoire, permettrait aux domaines anti-parallèles contenus dans la plaque perturbée d'être discernables par le détecteur 30. Le champ électrique ou la contrainte perturbatrice peuvent être appliqués de telle façon que des couples opposés soient appliqués aux domaines anti-parallèles, ou appliqués de façon à entraîner circulairement un seul des 30 domaines anti-parallèles, par exemple, un champ électrique appliqué perpendiculairement à un plan de mémoire 4, par des électrodes transparentes sans interaction, agissant sur ledit plan de mémoire 4. Dans tous les cas, la lecture est non destructive du fait que le champ perturbé n'est pas suffisant pour faire pivoter de façon permanente la polarisation. 35 II apparait ainsi comment est possible la construction de mémoires opti ques à grande capacité en utilisant les enseignements de cette invention. Un plan de mémoire 4 de 1 cm2 et d'une épaisseur de l'ordre de 0,01 cm, peut stocker des domaines qui auront chacun une largeur de quelques microns ce qui 0 permettra à 10 bits d'information d'être mémorisés dans un plan. Si une cen- 0 40 taine des dites plaques ferro-électriques 6 sont empilées, 10 bits d'informa 69 45797 8 2028355 tion auront alors pu être stockés sous un volume n'excédant pas 1 cm3 alors que seulement une centaine de paires de lignes 12 et 14 sont nécessaires à la lecture sélective de n'importe quel plan de la pile. Bien que l'on ait décrit et représenté dans ce qui précède, sur le des~ 5 sin les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre et de la portée de la présente invention. 69 45797 9 2028355 REVENDICATIONS 1. Mémoire optique tri-dimensionnelle comprenant une pile de plans de mémoire transparents comprenant chacun plusieurs domaines parallèles et anti-parallèles représentant des données binaires caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens pour envoyer un faisceau de lumière polarisée rectilignement a travers ladite 5 pile durant l'étape de repos de ladite mémoire grâce à quoi ledit faisceau de lumière polarisée rectilignement est modulé également par les dits domaines parallèles et anti-parallèles, des moyens pour perturber tous les domaines d'un plan de mémoire unique grâce à quoi les propriétés optiques de ces domaines seront modifiées et entraîneront une modulation différente dudit fais-10 ceau de lumière polarisée et des moyens pour détecter ladite modulation différente dudit faisceau de lumière polarisée transmis par ladite pile. 2. Mémoire optique tri-dimensionnelle selon la revendication 1 dans laquelle les dits plans de mémoire sont constitués par un matériau ferro-électrique. 3. Mémoire optique tri-dimensionnelle selon la revendication 1 dans laquelle 15 les dits plans de mémoire sont constitués par un matériau magnétique. 4. Mémoire optique tri-dimensionnelle selon la revendication 1 dans laquelle les dits plans de mémoire sont constitués par un matériau anti-ferro-magnétique. 5. Mémoire optique tri-dimensionnelle comprenant une pile de plans de mémoire transparents comprenant chacun une lame ferro-électrique renfermant des do- 20 maines parallèles et anti-parallèles représentant des données binaires caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour envoyer un faisceau de lumière polarisée rectilignement à travers ladite pile durant l'état de repos de ladite mémoire grâce à quoi ledit faisceau de lumière polarisée rectilignement est modulé également par les dits domaines parallèles et anti-paral-25 lèles, des moyens pour appliquer un champ électrique perpendiculaire aux dits domaines parallèles et anti-parallèles d'un plan de mémoire sélectionné de manière à perturber les dits domaines mais non à les commuter grâce à quoi ledit faisceau de lumière polarisée est modulé selon la configuration des données binaires enregistrées sur le plan de mémoire sélectionné et des moyens 30 pour détecter ladite lumière polarisée modulée après son passage à travers la pile de plans de mémoire. 6. Mémoire optique tri-dimensionnelle selon la revendication 5 dans laquelle les larges ferro-électriques sont choisies de manière à avoir une épaisseur 69 45797 10 2028355 égale à un nombre déterminé de demi-longueurs d'onde du faisceau de lumière polarisée rectilignement pour maintenir la polarisation rectiligne dudit faisceau pendant son passage à travers la pile de plans de mémoire. 7. Mémoire optique tri-dimensionnelle selon la revendication 6 dans laquelle 5 les lames ferro-électriques sont des cristaux de tïtanatG de b'arijurn.