Brevet FR2086283A1 — publié le 19711231

\kklk i 2086283 La présente invention a pour objet une mémoire qui utilise un support effaçable pour enregistrer des hologrammes. Un mémoire holographique proposée antérieurement; d'un type pouvant être utilisé dans les ordinateurs, consista:) t en 5 une mémoire à "page" semiconductric-e à accès aléatoire c-t élec trique, Cette mémoire comportait un réseau planaire de bascules accessibles électriquement pour enregistrer un nombre correspondant de bits binaires d'information, En outre, chaque bascule comportait un photodétecteur pouvant la positionner en r-ïponse 10 à de la lumière reçue, et une valve de lumière commandée par l'état de la bascule, Une source laser lumineuse, un déflecteur lumineux, et des systèmes optiques holographiques permettaient de créer un hologramme du réseau des valves de lumière en l'une de nombreuses petites surfaces d'un support d'enregistre^-: nolo-15 graphique effaçable. Ensuite, l'hologramme pouvait être éclairé pour recréer et projeter l'image du réseau de valves de lumière sur le réseau de photodétecteurs pour que 1'informat let retourne vers les bascules dans la mémoire à page semiconductr• v? „ De cette façon, la mémoire à page semiconductrlce serval: d'unité 20 d'entrée et de sortie électrique d'une page à la fols d!an grand nombre de pages d'information enregistrées optiquement sur le support d'enregistrement holographique effaçable. Les systèmes optiques holographiques de ces mémoires, connus jusqu'à présent, étalent complexes car ils comportaient 25 un nombre relativement grand d'éléments optiques et de trajets optiques. Par exemple, des trajets optiques séparés étaient prévus pour un faisceau de référence utilisé lors de l'écriture (enregistrement) d'un hologramme sur le support et lors de la lecture (reproduction) de l'information enregistrée sur le 30 support. L'invention propose donc une mémoire holographique dont le montage optique est simplifié. L'invention est mise en pratique dans une mémoire comportant un support pour l'enregistrement d'hologrammes pouvant être effacés, un système comportant un laser pour produire un 35 faisceau lumineux et un système optique comportant un séparateur de faisceau. Le séparateur de faisceau dirige la lumière provenant du laser le long du trajet du faisceau de référence vers le support d'enregistrement et le long du trajet séparé du faisceau objet 71 Ikklk 2 2086283 vers le support.La lumière suivant le trajet ri : fai •• .-eau de référence frappe le support à la fois pendant 1? le: u;re et 1'enregistrement, et la lumière suivant le trajet v.: faisceau objet frappe- également le 3Upport. Selon un mede préféré de réalisa*:iir. du L'ln.-ention. un dispositif placé dans le trajet du fais ce lu :bjc-t laisse passer la lumière dans le trajet du faisceau c'sjs t er. direction iu support, pendant 1 "enregistrementet bloq lu lu.r.ière dans :e même trajet pendant la lecture, Un aspect différent ds l'invention est ;r.is s-, praticue dans une mémoire holographique ds lecture - écriture aymt un système optique dans lequel le faisceau lumineux d'un laser est dirigé vers un support d'enregistrement pe r pe nd i c u 1 a 1 r e me nï- à sa surface, pour être utilisé comme faisceau de référence rendant l'enregistrement et la lecture, Pendant 1'enreristremer t> une partie du faisceau laser passe par le trajet d ' ur. fais-:eau objet comportant I ' " etr+e t'' à enregistrer. Le faisceau ob -ei frapne le support d:enregistrement selon un angle aigu par rapport i la J3 U F ? S 0 ô Df autres caractéristiques et avantages de .; : .nventlcn rassortiront de la description qui va suivre, donn>5e uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels ; - la figure 1 est une vus latérale «i un systeme optique d'une mémoire holographique de lecture-écriture cenferme à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en perspective a'une partie du système de la figure 1. La figure 1 représente une mémoire comporta:::; un laser 10» un dispositif rotateur de polarisation II et un ^eflecteur de faisceau i£ constitué d'un déflecteur X dévls:-.r. 1- f:-. i sceau vers la direction x et d'un déflecteur Y déviant le fa;. eau vers la direction y , La laser 10 peut être un laser :: 1 us.51 ? puisé à l'état scl-jdî- fonctionnant dans un seul mcae transversal pour produire un faisceau polarisé bien collimate, Le dispositif rotateur de polarisation est un dispositif classique agissant en réponse à des signaux d'entrée électriques aux bornes L et E pour faire tourner la polarisation du faisceau laser reçu vers l'une. 71 Ikklk 3 2086283 de deux polarisations différentes espacées de 9G°. Le dispositif 11 peut être un matériau électro-optique tel qu'un cristal au phosphate de potassium bihydrogéné à deux électrodes, La polarisation d'un faisceau dncident tourne de 90° lorsqu'une tension 5 convenable est appliquée aux électrodes. Le déflecteur X-Y 12 peut être un déflecteur numerique connu fonctionnant en réponse à des ondes acoustiques induises électriquement dans un milieu transparent liquide ou solide. Ce déflecteur peut également être un déflecteur lumineux numérique 10 comportant un certain nombre d'étages de dispositifs rotateurs de polarisation suivi chacun d'un cristal biréfringent à double réfraction tel que la calcite. Eans ce cas, il est préférable d'inverser les positions du dispositif 11 et du déflecteur 12 dans le trajet du faisceau laser. Quelques déflecteurs lumineux 15 connus ayant des angles de déviation relativement petits- il est nécessaire que le trajet lumineux des ondes déviées entre le déflecteur et le point du système où le faisceau dévié t-~u utilisé» soit long. Sur le dessin» une partie 13 iu long trajet du faisceau dévié est supprimée pour simplifier la représentation. Le long 20 trajet peut être réduit en utilisant un certain nombre de miroirs brisant les trajets lumineux (ces miroirs n'étant pas représentés), en plus du miroir 15. Le faisceau lumineux dévié du laser 10 peut suivre l'un des trajets 14, 14' et 14", ou tout trajet intermédiaire. Après que 25 le faisceau dévié a été réfléchi par le miroir 15, il est dirigé vers une lentille collimatrice 16, d'où il ressort selon un trajet parallèle au trajet optique 14 du faisceau non dévié. Un faisceau lumineux émergeant de la lentille le est dirigé vers un séparateur de faisceau 17 qui transmet une partie 30 du faisceau lumineux incident le long du trajet d'un faisceau de référence, et réfléchit le reste le long du trajet d'un faisceau objet. La division du faisceau lumineux incident en deux trajets n'est pas affectée par la polarisation du faisceau lumineux par le dispositif 11. Cependant, un polariseur 18 dans le trajet du 35 faisceau objet laisse passer uniquement la lumière ayant une polarisation d'"enregistrement" comme déterminé par une excitation d'enregistrement E du dispositif 11. Le diviseur de faisceau 17 est un simple mirdr partiellement réfléchissant et partiellement transmetteur. Le diviseur de faisceau 17 et le polariseur 18 71 Ikklk 4 2086283 peuvent, éventuellement, être remplacés par un prisme polarisant séparateur de faisceau pouvant être constitué de deux cristaux triangulaires biréfringents du même matériau, placés avec des orientations différentes de leurs axes optiques, ou d'une première 5 taille de cristal immergé dans un liquide ayant un indice de réfraction convenable. En plus de polariseur 13, le trajet du faisceau objet comporte, dans l'ordre Indiqué, une lentille 20, un miroir plan 22, une lentille 24, un hologramme d'éclairement 27, une lentille 10 28 et un objet 30 qui peut être une mémoire à "page" semlccnduc-trice. Le polariseur 18 peut être placé n'importe où entre le séparateur de faisceau 17 et l'hologramme 27„ Le miroir 22 est nécessaire pour rediriger le faisceau vers l'hologramme 27, puis vers le support 26. Les lentilles 20 et 24 peuvent avoir les 15 mêmes distances focales F et peuvent être espacées d'une distance égale à 2F. Les lentilles 20 et 24 sont des lentilles inverseuses . utilisées pour supprimer les inversions d'image dues à la lentille 28, Le montage représenté assure que le faisceau lumineux 14' par exemple, réfléchi par le séparateur de faisceau 17, suit un 20 trajet 14' vers le rriârfi qpot 32* sur le support 26 que le faisceau 14' transmis directement à travers le séparateur 17 vers le support 26» Il faut se rappeler qu'à tout instant le faisceau lumineux suit un seul des trois trajets représentés, ou un seul trajet intermédiaire. En outre, le faisceau étant dévié à la fois dans 25 les directions x et y, peut suivre un trajet situé au-dessous du plan du papier sur lequel est dessinée la figure 1, ou au-dessi La partie du faisceau lumineux suivant le trajet du faisceau objet est dirigée vers un hologramme d'éclairement d'un réseau 27. Chaque hologramme fait diverger ou évaser un faisceau 30 étroit reçu pour éclairer un réseau de pages 30 d'unités de mémoire binaires. La partie des faisceaux objets 14", 14 et 14' qui n'est pas diffractée par l'hologramme 27 quitte le système, en' passant directement par les trajets 19", 19 et 19' vers un écran de lumière diffuse (non représenté). Une lentille de page 28 est 35 placée près du réseau de pages 30 pour faire converger ou concentra la lumière diffractée vers une petite surface du support 26. Par exemple, comme représenté sur les figures 1 et 2, le faisceau central 14 frappant un hologramme central 29 du réseau 27 se 71 14 414 5 2086283 disperse selon un volume conique ou pyramidal vers la lentille 28 et le réseau de pages 30, à partir desquels la lumière est concentrée selon un autre volume conique ou pyramidal vers une petite surface 32 du support 26. De façon similaire, lorsque le 5 faisceau non dévié 14" frappe un hologramme du réseau 27s il s'évase selon un volume conique ou pyramidal vers la lentille 28 et le réseau de pages 30, à. partir desquels la lumière converge vers une petite surface 32" du support 26. De la même façon, le faisceau lumineux 14' éclaire le réseau de pages 30 et converge 10 vers la petite surface 32' du support 26. La distance comprise entre l'hologramme 27 et le support 26 est de préférence égale à quatre fois la distance focale de la lentille centrale 28 d'une image à l'autre. La figure 2 est une vue en perspective de l'hologramme 15 27 de la lentille de pages 28 du réseau de pages 30 des unités de mémoires binaires et du support d'enregistrement holographique 26. Le réseau d'hologrammes 27 est constitué d'un certain nombre d'hologrammes de phase Individuels éclairés un par un par un faisceau lumineux incident. Lorsque le faisceau lumineux incident 20 n'est pas dévié et suit le trajet 14, l'hologramme 29 est éclairé et la lumière qui en sort éclaire toute la surface du réseau 30 des unités de mémoires binaires. L'hologramme d'éclairement 29 utilise un réseau de valves de lumière dans le réseau de pages 30 comme objet, Le réseau de pages 30 des unités de mémoire est un réseau intégré d'unités de mémoires accessibles électriquement et opti-35 quement. Chaque unité de mémoire (représentée par un point dans le carré 30 de la figure 2) peut comporter une bascule à transistor bistable, un photodétecteur fonctionnant en réponse à de la lumière pour positionner la bascule correspondante, et une valve 7i ikkm 6 2086283 de lumière commandée par l'état de la bascule pci;r laisser passer ou bloquer la lumière en fonction de 1 ' état de 1.® calcula. Le montage du réssau 30 des unités de T.é'30ires est décrit plus en détail dans la de~and«3 de rrevet dos E.U.A. n° 566 564 déposée le 15 octobre 1569 -t i_nr.l :_lee "Electrically and Qptioally Accessible Memory", La lumière traversant les /alv-rô i lu.niè du réseau de pages 30 (figure 2) est concentrée ;u: une ;:.t-cite surface 32 du support 26. Un hologramme du réseau at pages image optique sur le roseau de p ci. *5^3 U ■1 rés de pages aes valves de lumière précèdenrat; il v ^nr^gi « C ' c* 0 * w à - cî i r* 1. cj m 0 20 1'image originale du réseau de 3 valve3 do iuml ère 0 est recréée sur, et éclaire,le réseau ds ozoCézs^ze 11's c "j^p r -L3 ds ^.0 réseau de pages 30 des 'unité •3 CL i .nomoir-jr * 3 "■ fajjn,, les bascules du réseau 30 sont simultanément positionnées à des valeurs représentant 1 ' informât! or; tfnair-î enregistrée à l'origine 25 électriquement dans.le réseau 3^■ Le support d'enregistrement h01egr aohique effaçable 26 peut être constitué d'une couche de rsang-.'-r:rse et ie bismuth d'une épaisseur d'environ 5 millionièmes de milllT.ètr^ déposée sur un substrat orienté tel que du mica ou au .3ichiun substrat JC amorphe tel que le verre, L'ensemble a-îï :r.auf f •; initialement pour fermer la pellicule de manganèse :'rittfutr. dans un cristal 'ip ~~ 1 3 cçt, ~ c à ïj'p o'-n sa Q7Ui f-0 "" C0 tous les atome3 magnétiques à aligner leurs pôles nord dans une direction normale à la surface delà pellicule, La direction 35 d'aimantation des surfaces élémentaires de la pellicule peut varier si l'énergie optique d'un laser vient la frapper et engendre de la chaleur.. Ceci est appelé écriture ou enregistrement au point de Curie. Si l'échantillon optique ainsi enregistré 7i 7 2086283 dans la condition magnétique de la pellicule est un hologramme de phase, un faisceau de référence dirigé vers la pellicule est réfléchi avec une rotation de polarisation due à l'effet magnétique Kerr qui entraîne une nouvelle création de l'image 5 optique dans un plan d'utilisation. La lecture peut également être accomplie par rotation magnéto-optique sous l'effet Faraday d'un faisceau de référence transmis à travers la pellicule de manganèse et bismuth. Le faisceau de référence utilisé pendant la icture a une intensité inférieure au faisceau utilisé pendant l'écriture, 10 de manière que l'hologramme ainsi enregistré ne soit pas détruit. Ou bien le faisceau de référence utilisé pendant la lecture peut avoir une intensité suffisamment élevée pour que la lecture soit destructrice. C'est-à-dire que l'hologramme est effacé pendant la lecture de l'information enregistrée optiquement. 15 Le fonctionnement de la mémoire sera décrit maintenant. Le réseau de pages 30 des unités de mémoires comporte plusieurs éléments de mémoire semiconducteurs dans lesquels l'information binaire est enregistrée électriquement. Chaque élément de mémoire est couplé à une valve de lumière qui laisse passer la lumière 20 lorsqu'un "l" est enregistré, et qui bloque la lumière lorsqu'un "o" est enregistré. Une image graphique du réseau des valves de lumière est ensuite transférée sous forme d'hologramme sur l'une des nombreuses petites surfaces du support 26. La petite surface particulière sélectionnée pour l'enregistrement de la page 25 d'information est déterminée par l'importance de la déviation x et y donnée au faisceau laser. Si la surface centrale 32 du support 26 reçoit l'image holographique du réseau de pages, le déflecteur 12 fait suivre au faisceau laser le trajet 14. Lorsque l'information du réseau 30 doit être enregistrée 30 sur le support 26, le dispositif rotateur de polarisation 11 imprime au faisceau laser une polarisation correspondant à la condition d'"enregistrement" comme déterminé par l'inverseur 34. Lorsque le faisceau laser est polarisé dans la direction d'"enregistrement", il suit le trajet 14 directement à travers 35 le séparateur de faisceau 17 sous la forme de faisceau de référence vers la surface 32 du support 26. La partie du faisceau lumineux réfléchie par le séparateur 17 passe à travers le polariseur 18, la lentille 20, la lentille 24 et frappe un holo- 71 1^1** 8 2086283 gramme d'éclairement du réseau 27* faisceau s'évase ensuite selon un volume conique ou pyramidal qui éclaire le réseau de pages 30 des unités de mémoires» Les hologrammes d'éclairement du réseau 27 sent de 5 préférence tels que seules les valves de lumière des unités de mémoires soient éclairées-, à l'exclusion des espaces compris entre les valves de lumière où la lumière serait gaspillée. A cet instant les valves de lumière du réseau 30 sont conditionnées pour laisser passer ou bloquer la lumière incidente, selon l'état de la bascule 10 correspondante de l'unité de mémoire. L'échantillon des spots lumineux crées par les valves de lumière ouvertes et fermées est projeté sur la petite surface 32 du support 26= L'interférence du faisceau objet du réseau de pages 30 et du faisceau de référence produit un hologramme de page sur ]a petite surface 32 du support 15 260 L'hologramme de page ainsi enregistré reste sur le support de bismuth et manganèse Jusqu'à ce qu'il soit intentionnellement effacé. L'effacement d'un seul hologramme de page sur le support 26 peut être effectué en éclairant l'hologramme, avec une intensité lumineuse inférieure à celle nécessaire pour l'enregistrement 20 au point de Curie, en présence d'un champ magnétique ayant une intensité trop faible pour effacer les hologrammes de page non éclairés. L'hologramme du réseau de pages décrit comme formé sur la petite surface 32 du support 26 aurait pu être enregistré en 25 tout autre endroit du support 26 par une commande convenable des déviations x et y imprimées au faisceau laser par le déflecteur 12. Lorsqu'il est souhaitable de retrouver et d'utiliser la page d'information enregistrée daips la petite surface 32 du support 26, la borne de "lecture" L du dispositif 11 doit être 30 excitée et le laser 10 puisé. Lorsque le faisceau 14 a la polarisation de "lecture", la partie du faisceau réfléchie par le séparateur 17 est bloquée par le polariseur 18 et par conséquent ne peut pas continuer le long du trajet du faisceau objet vers le support 26. 35 Lors de la lecture, le faisceau de référence frappant l'hologramme en 32 fait réfléchir la lumière selon un volume conique ou pyramidal vers les photodétecteurs sur le réseau de pages 30 des éléments de mémoire. Les sorties électriques des 71 14414 9 2086283 photodétecteurs sont sensibles à l'échantillon lumineux reçu pour positionner les bascules correspondantes des unités de mémoire correspondantes, en fonction de l'image recréée à partir de l'hologramme 32 sur le support 26. Ensuite, les S bascules du réseau 30 retenant l'information numérique, cette information peut être lue électriquement par des moyens non représentés. Il va suivre une description d'un hologramme sur la petite surface 32 du support 26 et la lecture ultérieure de 10 l'information enregistrée sur cette surface 32. L'enregistrement et la lecture d'aurtres petites surfaces 32' et 32" sent accomplis de façon similaire lorsque le déflecteur 12 oblige le faisceau à suivre un trajet approprié, tel que 14' et 14". Le système optique de mémoire holographique décrit ici 15 est plus simple que 3es montages précédents car il utilise un seul trajet du faisceau de référence à la fois pour l'enregistrement et la lecture. L'intensité du faisceau de référence utilisée pour la lecture peut être inférieure à. l'intensité utilisée pour l'enregistrement. Ces intensités différentes sont 20 de préférence obtenues par des signaux de commandes électriques convenables appliqués aux bornes Eg et E^ du laser 10. La réduction mentionnée ci-dessus du ncmtre de composants optiques est obtenue par un faisceau de référence frappant (par exemple à une incidence normale) le support à la fois 25 pendant la lecture et l'enregistrement de la mémoire. Pour lire la mémoire décrite (c'est-à-dire pour reconstituer une image réelle par réflexion d'un hologramme enregistré exactement dans la même position que l'objet occupé lors de l'enregistrement de l'hologramme), on utilise le faisceau de référence de lecture 30 (qui, étant normal à la surface du support, e3t le conjugué du faisceau de référence). Pour enregistrer dans la mémoire, le faisceau de référence (enregistrement) suit le même trajet optique que pendant 3a lecture ; et, en outre, le faisceau objet (qui frappe le support selon un angle aigu) peut atteindre la surface 35 du support d'enregistrement pour former un hologramme. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans sortir de sn cadre. 71 14414 10 2086283 REVENDICATIONS I, Mémoire comportant ur. support pour- i 'enregistrement effaçable d ' nologramrnes, un système comportant ur. laser pour produire un faisceau lumineux» un s'rstè;r' ?nrriqv. faisceau de référence sur le support d ' eru-e jia cr = r.e.n et i? lorg d'un trajet de faisceau objet séparé sur le support d'enregistrement ; le trajet du faisceau de référence dirigeant Ja lumière sur le support d'enregistrement à la foia pendant la lecture et l'enregistrement de la mémoire j e:; le trajet du faisceau c-bjet dirigeant la lumière vers le support d ;enr2tre-r,-:nt ; ladite mémoire étant caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif placé dans le trajet du faisceau objet, laissant pisser, pendant 1 'enregiacre.nent» la lumière daiio le trajet du faisceau objet vers le support et pendant la lecture de le. -.é'nclre bloquant le passage de la lumière dans le trajet du faisceau objet v«.rs le support. 2 Mémoire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système produisant un fai&ceau laser remporte un dispositif rotateur de faisceau fonctionnant pendant la le:tare de la mémoire pour polariser la lumière dans le trajet du faisceau objet dans un plan particulier, et pendant l'er.registremer.c de la mémoire peur polariser la lumière dans le trajet du faisceau objet dans un autre plan ? et en ce que le dispositif place dans le trajet du faisceau objet comporte un filtre polarisé orienté de manière à. bloquer Le oassage de la lumière polarisée --ans le plan particulier et à laisser passer la lumière pclar isée d--:s l'autre plan, J., mémoire selon la revendication 1., caractérisée en ce eue le uAsposltif rotateur de faisceau fon-jdonne sélectivement et est placé entre le laser et le système optique, et le trajet du faisceau de référence transporte la lumière polarisée dans tout autre plan, 4, Mémoire selon la revendication 3, caractérisée en ce que le séparateur de faisceau comporte un prisme et le dispositif polarisant comporte ce prisme, le prisme ayant la possibilité de polariser 71 Ikkln ii 2086283 la lumière reçue provenant du laser et dirigée vers le trajet du faisceau objet. 5„ Mémoire selon l'une des revendications 1 à 4* caractérisée en ce que le trajet du faisceau de référence dirige 5 la lumière vers le support dans une direction pratiquement perpendiculaire à la surface du support et le trajet du faisceau objet dirige la lumière sur le support dans une direction formant un angle aigu avec la surface du support. 6. Mémoire comportant un laser, un déflecteur de faisceau, 10 une lentille collimatrice et un séparateur de faisceau disposés dans l'ordre cité, pour produire aux sorties du séparateur de faisceau un faisceau de référence dévié et un faisceau objet également dévié ; un support effaçable pour enregistrer des hologrammes ; un trajet de faisceau de référence pour diriger 15 le faisceau de référence dévié vers le support d'enregistrement en une position déterminée par la déviation du faisceau laser et un trajet de faisceau objet comportant un réseau de pages d'éléments de mémoire accessibles optiquement pour diriger le faisceau objet dévié vers la même position déterminée du support d'enregistrement 20 que le faisceau de référence, ladite mémoire étant caractérisée en ce que le trajet du faisceau de référence dirige le faisceau de référence dévié vers le support d'enregistrement perpendiculairement à la surface ; et en ce qu'elle comporte un moyen passant par le trajet du faisceau objet pour diriger le faisceau 25 objet dévié pendant l'écriture vers la surface du support d'enregistrement, selon un angle aigu fixe. 7. Mémoire selon la revendication 6S caractérisée en ce que le moyen pour diriger le faisceau objet dévié comporte également un dispositif rotateur de polarisation placé entre le laser 30 et la lentille collimatrice et un polariseur placé dans le trajet du faisceau objet. 8. Mémoire selon la revendication 7s caractérisée en ce que le polariseur comporte le séparateur de faisceau qui est un prisme séparateur de faisceau polarisant.