Brevet FR2098396A1 — publié le 19720310

-.«umpBWjyi 71 25740 2098396 L'invention concerne un procédé pour interférométrie holographique, selon lequel un hologramme e3t réalisé à partir d'un objet à un premier moment, lequel hologramme est reconstruit à un deuxième moment de façon qu'il se forme une image de l'objet à l'endroit initial 5 dudit objet, après quoi ladite image esc.comparée avec l'objet au second r. —.ent. L'invention est également relative à un dispositif permettant la mise en oeuvre dudit procédé. ïïn tel procédé est connu de l'article "ïheory oi" Holographie Ir.terf erometry" dans "The Journal of the Acoustical Society of America" ^0 45.» 5. 19^9» pages 1178 et 1179» Selon le procédé décrit, un hologramme e3t réalisé dans une émulsion photographique. Avant la reconstruction dudit hologramme, 1'émulsion photographique doit d'abord être développée. Outre le temps de développement, qui est d'environ 10 sec, il 15 faut un tempa déterminé pour sortir la plaque d'hologramme de sa disposition et La remettre à sa place initiale après déveopppement. C'est pour cela que dan3 la méthode connue, la modification d'un objet ne peut être déterminée qu'après une période relativement longue. Te plus, la plaque d'hologramme développée doit être remise exaccement dans la posi-20 tion initiale, ce oui requiert une grande précision. L'invention vi3e à compser un objet avec lui-même à deux moments pau écarté3 l'un de l'autre, Le procédé conforma â l'invantion est caractérisé en ce que l'hologramme est réalisé de façon directe par des modifications optiques dans un fluide optique non-linéaire et en ce que 25 cat hologramme est reconstruit après un temps très court. Le procédé conforme à l'invention est basé sur l'idée que des matériaux optiques non-linéairss, tels que des matériaux photochromatiques et des matériaux semiconducteurs conviennent par excellence à 1'emmagasinage rapide d'hologrammes. La configuration d'interférence formée par le faisceau d'ob-JO jet et le faisceau de référence coopérants provoque une modulation spatiale de l'indice d'absorption ou de réfraction dans lesdits matariau: L'indice d'ab3option k est déterminé par la formule k , formule dans laquelle représente le coefficient d'absorption et y\ la longueur d'onda du rayonnement utilisé. La modulation spatiale des indices sub-35 sista pendant quelque temps après la disparition des faisceaux interfé-rents. L'hologramme est immédiatement disponible san3 qu'il soit nécessaire de procéder d'abord à un développeaent F*ut "construit immédiatement. De plus, 1•hologramn» ain-i obtenu «car» lutomatiquaaent la position requise. 40 Dans 1» prooM* confort * l'indien. -, r.„r=„ 4e sad original COPY 71 25740 2 2098396 un hologramme de phase par modulation spatiale de l'indice de réfraction dans un matériau semiconducteur. Le rendement de diffraction d'un hologramme de phase dépasse en théorie celui d'un hologramme de volume. L'hologramme réalisé dans un matériau semiconducteur présente une très 5 courte durée de vie, ce qui permet de prendre rapidement et successivement des hologrammes et de les représenter. Selon une autre caractéristique du procédé conforme à l'invention, l'hologramme est pris dans le silicium et l'hologramme est enregistré et ensuite représenté à l'aide de rayonnement infrarouge. Il y a 10 lieu de noter que du "Çhysics Letters, Volume 30A, No 3» pages 164 à 165» il est connu d'utiliser du silicium comme fluide pour l'enregistrement de la configuration dé deux faisceaux interférents. Toutefois, on ne profite pas de la possibilité de prendre rapidement une configuration d•interférence. 15 Un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé conforme k l'invention, dispositif qui comporte une source de rayonnement cohérent et une plaque de matériau servant à l'enregistrement d'un hologramme, est caractérisé en ce que la source de rayonnement cohérent est constituée par une source lumineuse du genre laser qui émet du rayonnement 20 pendant des impulsions de temps très courtes. Selon une autre caractéristique du dispositif conforme & l'invention, iin élément réflecteur est disposé dans le trajet du faisceau de rayons servant de faisceau de référence pendant l'enregistrement de l'hologramme, du côté de la plaque d'hologramme situé & l'opposé de l'objet. 25 Le faisceau de référence réfléchi reconstruit l'hologramme à la place initiale de l'objet. La place de l'élément réflecteur est de préférence réglable, ce qui permet de régler le temps de retard pour la reconstruction de l'hologramme. 30 La description ci-après, en se référant au dessin annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Le faisceau de rayons 3 émis par la source du genre laser 1 et traversant la lame quart d'onde 2 est divisé par le miroir diviseur 4 en un faisceau d'objet 5 et un faisceau de référence 6. Dans le trajet du 35 faisceau 5 est disposé un objet de phase V. Cet objet peut être un plasma dans lequel se produisent des variations rapides ou un objet, dont les contours subissent des variation rapides. De plus, il peut être constitué par un objet tournant autour d'un axe déterminé ou un objet subissant un déplacement transversal à la 40 direction du faisceau 5» Le faisceau de rayons traversant l'objet Y est 71 25740 3 2098396 capté par une lame en silicium 7. Le faisceau de référence 6 est réfléchi par le miroir 8 pour tomber également sur la lame en silicium. A l'endroit de la lame se forme une configuration d'interférence. La source 1 émet des rayons d'une longueur telle que l'énergie 5 des quanta de rayonnement (hlj ) dépasse légèrement celle nécessaire pour transmettre, dans le silicium, des électrons de la bande de valence à la bande de conduction . A cet effet, on utilise un laser au Nd. Dans ce cas, l'énergie des quanta h "9 est de 1,17 eV, alors que la bande interdite du silicium est de 1,11 eV à une température de 300°K. Les rayons 10 atteignant le silicium y génèrent des paires d'électrons-trous. La configuration d'interférence optique se transforme en une configuration spatiale correspondante de trous et d'électrons. Par suite de la dispersion des porteurs de charge libre, l'indice de réfraction de la plaquette en silicium est modulé spatialement selofa la configuration 15 d'interférence. ïïn faisceau de laser émis par la plaquette en silicium sera dévié dès qu'il se forme une image virtuelle et réelle de l'objet. Après avoir traversé la plaquette en silicium 7 le faisceau de référence 6 est réfléchi par le miroir 9 et traverse à nouveau ladite plaquette en silicium. De ce fait, le faisceau réfléchi 6' est partielle-20 ment dévié. Le faisceau partiel dévié 6" a la même direction que le faisceau d'objet 3* L'hologramme emmagasiné dans la plaquette en silicium est reconstruit à l'endroit initial de l'objet V0 La source 1 émet des impulsions de rayonnement de très courte durée (par exemple 10 nanosecondes). Si au moment t * tQ, line impulsion 25 est émise, la position de l'objet est enregistrée holographiquement à ce moment dans la plaquette en silicium. L'impulsion dâ rayonnement du faisceau de référence 6 se propage derrière la plaquette en silicium sur une distance L et est réfléchie. Après que l'impulsion du faisceau de référence réfléchi 6' a parcouru une distance L, l'hologramme est recon- 2Xl 30 struit. ïïne reconstruction de l'hologramme a donc lieu — secondes après O l'enregistrement de l'hologramme, c représentant la vitesse de propagation du rayonnement utilisé. Ainsi, la transmission T d'un point x de 2L 21i l'objet au moment t ■ t + — , ou T (x, tQ + —) est comparée avec la transmission au moment t - t ou T(x. t ). o o 35 Le déplacement du miroir 9 par rapport à la plaquette de sili- 2 L cium permet de varier le temps —. A cet effet, il faut que la durée des impulsions de laser soit notablement plus courte que le temps de retard 2 L — . La distance L est grande comparativement aux autres distances mesurées dans le dispositif telle que la distance comprise entre la source 40 de laser et la plaquette en silicium. 71 25740 4 2098396 Si l'objet V ne subit pas de variations dans l'intervalle de 2I temps — , le front d'onde du faisceau 6", qui reconstruit l'objet, est transformé par diffraction à l'objet en un faisceau parallèle plan 10. Toutefois, si l'objet subit des variations dans l'intervalle de temp3 2L 5 —, le faisceau 10 traversant l'objet est un faisceau plan modifié qui pourrait être formé en émettant un faisceau parallèle plan â travers la différence entre l'objet proprement dit et l'objet reconstruit ï(x, t ) 2L o - T(x, t + — ). Dans ce cas le faisceau 10 contient toutes les infor-O c mations concernant les modifications se produisant dans l'intervalle de 21» 10 temps dans l'objet. C Le faisceau semi-transparent 11 réfléchit le faisceau 10 vers la lentille 12 de façon à représenter la différence entre l'objet proprement dit et L'objet reconstruit sur l'écran S. Le reste du traitement du faisceau modulé en phase peut s'effectuer selon les techniques con-15 nues. C'est ainsi qu'il est possible de disposer une plaquette absorbante 13 dans le plan focal postérieur de la lentille 12, afin d'empêcher que des rayons de l'ordre de déviation 0 ne tombent sur l'écran S. En disposant l'écran S à quelque distance du plan de représentation de la lentille, il est possible de transformer la modulation en phase en mo-20 dulation en amplitude. La lame quart d'onde 2 est disposée afin d'empêcher que des rayons réfléchis ne puissent entrer dans la cavité de laser et y être intensifiés. Les rayons polarisés linéairement émis par la source de laser 1 sont transformés par la lame quart d'onde en rayons polarisés 25 circulairement. Les rayons du faisceau de référence réfléchi 6', qui n'est pas dévié par la plaquette en silicium dans la direction du faisceau d'objet et qui parvient éventuellement sur la lame quart d'onde, sont polarisés circulairement et transformés par la lame quart d'onde en rayons polarisés linéairement. Par suite de la réflexion, le plan de 30 polarisation des derniers rayons est perpendiculaire au plan de polarisation des rayons émis par la source de laser. Dans la cavité de laser est inséré un polariseur linéaire, qui empêche que les rayons réfléchis ne soient intensifiés. Au lieu d'un miroir plan, il est possible d'utiliser un autre 35 élément réflecteur, tel qu'un réflecteur rétroréflectif du genre dit en anglo saxon "corned cube". Au lieu du silicium, il est possible d'utiliser comme matériaux holographiques d'autres matériaux semiconducteurs, dans lesquels peut être provoquée une modification de l'indice de réfraction par génération 40 de trous et d'électrons. A cet effet, il faut choisir une source de 71 25740 5 2098396 laser telle que l'énergie de la bande interdite du matériau en question soit légèrement inférieure à celle des quanta de rayonnement de la source utilisée. Utilisé cerime fluide holographique» le silicium présente la 5 particularité le permettre l'utilisation de rayons infrarouges, ce qui peut être avantageux en certaines conditions. C'est ainsi que des rayons ultraviolets sont émis dans le cas d'une décharge dans de l'air. Dans le cas d'utilisation du système lasf-r de Nd +silicium pour examiner ces décharges, on fait absorber les rayons ultraviolets tombant éventuelle-10 ment sur le silicium par une mince couche superficielle du silicium. L'hologramme n'est pas influencé par ces rayons ultraviolets. Le procédé conforme à l'invention n'est pas limité â l'utilisation de matériaux semiconducteurs mais peut également être réalisé à l'aide de matériaux photochromatiaues, tels eue csux décrits dans "Applied 15 Optics" Vol. 8, 1969, pages 2473 à 2/177» r*»yons visibles tombant sur ces matériaux modifient le coefficient d'absoption de ces derniers. Les hologrammes enregistrés sont des hologrammes d'amplitude, alors que ceux enregistrés dans le çilioium des holeffranncs ds pha?«s. Les hologrammes enregistrée dans les p.-: 11-0rtî . -~= présentent 20 une durée de vie notablement plus longue qut celle Soc hologrammes enregistrés dans les matériaux seiai cor duc t eur s. C'est ainsi que la durée de vie d'un hologramme enregistré er SrTiO.. est de l'or--1rs minute, j alors que celle d'un hologramme enregistré en siliclusn est 3'environ 30 nanosecondes. 25 Par suite de la courte durée de vie d'un hologramme dans du silicium, il est en principe possible dé réaliser de-s iaagss différentielles présentant une fréquence de répétition élevée (par exemple tous les 100 nanosecondes). Au cours d'une disposition d'essai, on ct-ilira. ccmme laser un 50 commutateur de facteur de surtension i en Nd î YAG («*r«pelé en anglo saxon Q-switehes laser) présentant une puissance de crête de 6 MWatts et une longueur d'impulsion de 7 nanosecondes. La puissance tombant sur la plaquette en silicium était d'enviror IMVatt/cm2. Cette plaquette en silicium avait une épaisseur de 1,7 mn. L'angle '.voir 'a figure) était _2 35 de 3,4 x 10 rad. Le pouvoir analyseur dans le ailicitan Jtaii de 320 raies psr cm, La durée de vie de l'hologramme était de 33 nanosecondes. 71 25740 6 20*58396 RSVZNÎ)ICATIC'?3: 1 . ?rocéd<> tour intsrféronétris holographique, rslcn lequel un hologramme est réalisé à partir d'un objet à un prenier rodent, lequai holCijramme est reconstruit à un deuxième moment de façon qu'il se forms ur.« Image de l'objet à l'endroit initial du/iit objet, «r\-à3 quoi Zhàx~-. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme un hologramme de phase en disposant, dans un matériau semiconducteur, une modulation spatiale de l'indice de réfraction. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hologramme e3t enregistré dans du silicium et réalisé et représenté à l'aide de rayonnement infrarouge. Dispositif permettant la mise en oeuvre du ■procédé selon li revendication 1, comportant une source de rayonnaient cohérent et une plaque on r.atériau convenant À l'enregistrement d'un hologramme, caractérisé en ce que 1?. source de rayonnement cohérent est uns source du .vire dit, laser, qui énet des ra;/ona rendant ds trs3 court?."! impulsion3 temps. 5« Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément réflecteur est disposé dans le trajet du faisceau da rs;'or.3 servant de fai3ceau de référence pendant l'enregistrement de l'hologramme du côté de la plaque d'hologramme situé à l'opposé de l'objet. 6. Dispositif selon la revendication 5» caractérisé en ce que la place de l'élément réflecteur est réglable. ORIGANS copy