Brevet FR2094100A1 — publié le 19720204

-1- 2094100 La présente invention se rapporte à un dispositif de conservation d'informations et concerne plus particulièrement un dispositif comportant un milieu dans lequel des informations peuvent être inscrites et duquel elles peuvent être extraites 5 par voie optique,, On connaît dans la technique un dispositif de conservation d'informations utilisant un cristal de matière ferroélectrique dont l'indice de réfraction présente des variations induites optiquement et commandées électriquement, cristal qui sert de 10 milieu de mémoire holographique. Pour faire fonctionner un tel dispositif, on produit un champ électrique cçntinu en appliquant un potentiel continu au cristal ferroélectrique ou en "polarisant" ce existai de façon connue (afin d'aligner ses domaines magnétiques) et on projette un faisceau lumineux approprié sur ce cris-15 tal. L'influence combinée de l'excitation optique par le faisceau lumineux et du champ électrique a pour résultat de produire localement des charges électriques non-neutralisées qui créent des changements correspondants de l'indice de réfraction du cristal ferroélectrique aux régions frappées par le faisceau 20 lumineux. L'application du potentiel continu est réalisée en produisant une électrode sur une ou plusieurs des surfaces du cristal ferroélectrique. Pour produire une telle électrode, on dépose une couche de matière conductrice sur l'une des faces du cristal, par vaporisation, pulvérisation anodique ou par d'au-25 très procédés connus, et en établissant des connexions électriques avec ces électrodes. Toutefois, ces électrodes ne sont pas entièrement satisfaisantes car elles augmentent le coût du traitement du cristal (par exemple à cause de la vaporisation, etc..) et/ou à cause de l'influence nuisible que ces électrodes peuvent 30 avoir sur la lumière traversant le cristal. De plus, la création d'un champ électrique en appliquant un potentiel continu n'est pas entièrement satisfaisante car cette opération exige des équipements auxiliaires (par exemple une alimentation de haute tension)„ 35 Lorsque les champs électriques sont engendrés intérieure ment par les charges de polarisation, le choix des matieres utilisables pour le cristal de mémoire est limité, puisqu'il faut que les champs de polarisation internes des cristaux ferro-électriques présentent des défauts d'homogénéité. Ces défauts 71 07648 -2- 2094100 d'homogénéité sont nécessaires pour la présence du champ mais ils peuvent être à l'origine d'effets optiques indésirables„ De plus, la production d'un champ électrique par polarisation du cristal n'est pas avantageuse à cause au coût du traitement 5 et du temps qu'elle exige. La présente invention a pour objet un nouveau dispositif de conservation d'informations qui comprend : un milieu de mémoire comprenant une matière caractérisée par un changement de son indice de réfraction sous l'influence d'un champ électrique 10 (interne et/ou externe) et caractérisé par la possibilité d'induire un tel champ électrique dans celui-ci (de préférence par des procédés optiques), et des moyens pour induire un tel champ électrique dans ce milieu de mémoire. Dans un mode, de réalisation de l'invention, le milieu de mémoire comprend une composi-15 tion électro-optique dont l'indice de réfraction varie sous l'influence d'un champ électrique, et une composition phibto— chromique dans laquelle un champ électrique suffisant pour modifier son indice de réfraction peut être induit par voie optique. Dans un autre mode de réalisation, le milieu de mémoire 20 est constitué par un élément structural simple qui comprend un mélange d'une première matière caractérisée par une variation de son indice de réfraction sous l'influence d'un champ électri-crue e% d'une seconde matière dans laquelle un champ électrique peut être induit par voie optique. 25 Dans un autre mode de réalisation, le milieu de mémoire est constitué par une structure à plusieurs couches comprenant, au moins, une couche faite d'une première matière caractérisée par un indice de réfraction variable et, au moins, une autre couche constituée par une seconde matière dans laquelle un champ 30 électrique peut être induit par voie optique, la relation spatiale de ces deux couches étant telle que le champ électrique de la seconde influence la première. .b'un des avantages de la présente invention est qu'elle permet de conserver des informations dans un milieu de mémoire 35 dont l'indice de réfraction est variable sous l'influence d'un, champ électrique sans qu'il soit nécessaire de prévoir des électrodes sur ce milieu de mémoire et, à la différence des systèmes antérieurs qui sont fondés sur la génération de champs électriques internes par les charges de polarisation de la 71 07648 -3- 2094100 matière, la présente invention n'est pas nécessairement limitée à des milieux de conservation qui sont des matières ferroélectrique s . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de conservation d'informations comportant un milieu de 10 mémoire dans lequel des informations peuvent être conservées uniquement par voie optique; la figure 2 est une vue en perspective d'un, milieu de mémoire conforme à un mode de réalisation de l'invention constitué par un simple élément comprenant une première matière dont 15 l'indice de réfraction est variable sous l'influence d'un champ électrique et une seconde matière dans laquelle un tel champ électrique peut être induit par voie optique; la figure 3 est une représentation schématique du milieu de mémoire de la figure 2 qui montre la production de zones 20 comportant des charges non neutralisées qui engendrent des champs électriques internes, une représentation graphique de l'intensité de la lumière holographique qui frappe le milieu de mémoire pour y induire par voie optique les champs électriques étant superposée; et 25 la figure 4 est une vue en perspective d'un autre milieu de mémoire conforme à l'invention qui comprend une première couche d'une première matière dont l'indice de réfraction varie sous l'influence d'un champ électrique et une seconde couche comprenant une seconde matière dans laquelle un tel champ élec-30 trique peut être induit par voie optique. La fig.l illustre un dispositif de conservation d'informations 10 qui comporte un milieu de conservation de mémoire '12 et un dispositif holographique secondaire qui comprend une source 14 produisant un faisceau laser, un diviseur de faisceau 16 et 35 des miroirs de déviation 18 et 19. Le milieu de mémoire 12 est constitué par une simple feuille 20 (fig.2) comprenant une première matière dans laquelle on peut produire, uniquement par voie optique, un certain nombre de régions ayant des charges non-tneutraliséès et une seconde matière dont l'indice de réfrac- 71 07648 -4- 2094100 tion (comme, par exemple, le déphasage et/ou la biréfringence qui sont tous deux connus dans la technique) est modifié par l'influence du champ électrique produit par ces charges. Il est à souligner que, dans le présent mémoire descriptif, le terme 5 "optique" entend inclure les ondes électromagnétiques» La matière dans laquelle les régions comportant des charges non-neutralisées peuvent être produites possède par exemple une région contenant des impuretés locales ayant des électrons gui peuvent être rendus libres par une excitation optique. Cette 10 impureté peut se présenter, par exemple, sous la forme d'une vacance dans le réseau cristallin de la matière considérée, d'une dislocation ou de tout autre défaut du réseau cristallin; ou bien peut être un atome d'une matière d'addition ou de dopage ayant de tels électrons excitables optiquement. Comme exemple 15 d'une telle matière, on peut citer une matière photochromique, telle que le fluorure de calcium dopé avec "des ions de terres rares, ainsi que certaines matières non-photochromiques mais qui contiennent des centres d'impuretés (par exemple du titanate de strontium dopé avec un élément simple, cet élément simple étant, 20 entre autres, le molybdène ou le fer; du niobate de lithium non-dopé ou du niobate de strontium et de baryum. La matière capable de présenter des variations de son indice de réfraction en réponse au champ électrique produit par ces charges non-neutralisées présente, de préférence, des propriétés 25 électro-optiques telles que lorsqu'on'lui applique un champ électrique, il en résulte une variation locale de la transmission de la lumière, c'est à dire de la transparence# Une telle- variation de la transparence peut être due à une différence de phases ou à un déphasage en arrière relatif entre 30 les vecteurs électriques le long de deux directions perpendiculaires du plan de polarisation de la lumière, (c'est à dire du faisceau d'objet mentionné ci-après) qui la traverse. Ce dernier phénomène est connu sous le nom de "effet Pockels". On mélange les matières présentant une variation de leur indice de réfrac-35 tion avec une matière dans laquelle des charges non-neutralisées peuvent être produites et qui comprennent le niobate de lithium, le niobate de strontium et de baryum et le titanate de strontium pour produire la feuille 20 constituant le milieu de mémoire,, En variante, le milieu de mémoire 12 peut être constitué par une 71 07646 -5- 2094100 seule couche d'une matière présentant à la fois la propriété que des charges peuvent y être développées par des méthodes optiques et qu'une variation de l'indice de réfraction se produise sous l'influence du champ électrique créé par ces charges, 5 un exemple d'une telle matière étant le titanate de strontium ou de calcium dopé avec Fe-Mo; ou le niobate de sodium et de baryum dopé avec Fe-MoQ Le fonctionnement du dispositif de conservation d'informations 10 est le suivant : un faisceau de laser, ayant une Ion- O 10 gueur d'onde d'environ 4880 A par exemple, est produit par la source 14 et passe à travers le diviseur dé faisceau 16, ce dont résultent deux faisceaux secondaires 22 et 24 qui sont respectivement le faisceau d'objet et le faiscéau de référence. Les faisceaux 22 et 24 sont réfléchis respectivement par les miroirs 15 18 et 19 et sont projetés sur le milieu de mémoire 12 afin de produire une image holographique dans celui-ci. Cette image holographique représente l'information qu'on désire conserver. L'exposition de la feuille 20 comportant le milieu de mémoire 12 à la configuration d'intensités lumineuses constituant l'holo— 20 gramme a pour résultat de produire une configuration de champs électriques composée de charges non-neutralisées dont la distribution correspond à la configuration des intensités lumineuses 30 de l'hologramme. On pense que la production de la configuration de champs électriques est à attribuer à la ûiffusion des 25 électrons excitables optiquement qui émigrent des régions de la feuille 20 où ils sont engendrés (c'est à dire des régions telles que 20a de la feuille 20 où l'intensité lumineuse est plus forte) pour se rendre vers les régions- (par exemple 20b) où l'intensité lumineuse est plus faible. La configuration résultante de zones 30 alternatives de charges non-neutralisées crée un champ électrique qui induit un changement correspondant de l'indice de réfraction de la matière électro-optique constituant la feuille 20. Ce changement de l'indice de réfraction âe traduit par une modulation de phase de la lumière traversant la feuille 20 en accord 35 avec ces variations de l'indice de réfraction. L'exposition de la feuille 20 à'' la lumière de l'image holographique dure suffisamment longtemps pour permettre la diffusion des électrons de s'effectuer (de préférence, pendant au moins plusieurs minutes) et à des températures (par exemple à la température ambiante) où 71 07648 -6- 2094100 l'énergie thermique des électrons est suffisante pour créer un champ électrique appréciable dans le milieu de conservation. Lorsque la configuration lumineuse frappant la feuille 20 a une distribution d'intensité pratiquement sinusoïdale, comme représenté sur la fig.3, l'intensité de pointe du champ Emax qui peut être obtenu est approximativement donnée par l'expression suivante: _ „ 2 TT kT E max e A A où ^ est la longueur d'onde des anneaux d'interference; 10 k est la constante de Boltzann; T est la température absolue; et e est la charge de l'électron. A la température ambiante et avec un réseau d'interférence de 10.000 A(c Pour lire les informations conservées dans le milieu de mémoire 12, on ne permet qu'au faisceau secondaire de référence 22 de frapper celui-cio Le faisceau de référence 22 traverse le milieu de mémoire 12 conformément aux variations induites dans 25 celui-ci par le champ électrique de son indice de réfraction, la lumière ainsi transmise renfermant les informations conservées dans ce milieu, cette lumière pouvant ensuite être projetée sur une surface d'examen ou être utilisées autrement. Il n'est pas nécessaire que la lumière utilisée pour la lecture et l'écriture 30 ait la même longueur d'onde, de sorte qu'on peut choisir pour la lecture une lumière ayant une longueur d'onde ayant un effet minimal sur les informations conservées dans le milieu de mémoire, Il en résulte des temps de lecture sensiblement plus longs, en particulier lorsque le milieu de mémoire est constitué par une 35 matière non-photochromique. En variante, le milieu de mémoire 12 (fig.l) peut comprendre une première feuille 31 (fig.4) constituée par une matière 71 07648 -7- 2094100 dans laquelle on peut produire, par voie optique, un certain nombre de régions ayant des charges non-neutralisées, et une seconde feuille 32 constituée par une matière dont l'indice de réfraction subit un changement sous l'influence du champ électri-5 que produit par ces charges. Comme il a été indiqué ci-dessus, la matière constituant la première feuille 31 est, par exemple, une matière contenant des impuretés locales ayant des électrons qui sont excitables optiquement à leur état libre, tandis que la matière constituant la seconde feuille 32 présente, de pré-10 férence, des propriétés électro-optiques telles que quand on lui applique un champ électrique, il en résulte une variation locale de la transmission de la lumière, c'est à dire de la transparence, comme décrit en regard, de la fig.2. Le milieu de mémoire représenté sur la fig.4 comporte des 15 feuilles 31 et 32 qui sont contiguës, mais ces feuilles pourraient aussi être séparées physiquement» Dans tous les cas, les couches du milieu de mémoire doivent être dans une relation spatiale telle que le champ électrique produit dans l'une des couches (comme il a été exposé ci-dessus) est capable d'influen-20 cer l'autre couche ayant un indice de réfraction variable,, Le fonctionnement du dispositif de conservation d'informations 10 utilisant un milieu de mémoire à plusieurs couches (tel que celui représenté sur la fig.4), est comparable à celui décrit à propos de la fig.2. Plus précisément, l'exposition de 25 la feuille 31 du milieu de mémoire 12 à la configuration d1intensités lumineuses constituant un hologramme a pour résultat de produire une configuration de champs électriques (analogue à celle de la fig.3) dûs à-des charges non-neutralisées ayant une distribution correspondant à la configuration d'intensités lumineuses 30 de l'hologramme. La configuration de champs.résultante crée un champ électrique qui induit un changement correspondant de l'indice de réfraction de la matière constituant la seconde feuille 32. Ce changement d'indice "de réfraction se traduit par une modulation de la phase de la lumière traversant la seconde feuille 35 32 conformément à ces variations de l'indice de réfraction. L'exposition de'la première feuille 31 à la lumière d'une image holographique dure suffisamment longtemps pour permettre la diffusion des électrons (de préférence au moins pendant quelques minutes) et à des températures (par exemple à la température 71 07648 -8- 2094100 ambiante) où l'énergie thermique des électrons est suffisante pour créer un champ électrique appréciable» La lecture des informations conservées dans le milieu de mémoire de la fig.4 s'effectue de la même manière que celle 5 décrite à propos de la fig02, le faisceau de référence 22 étant transmis par le milieu de mémoire conformément au changement induit par le champ électrique dans l'indice de réfraction de la seconde feuille 32, la lumière ainsi transmise renfermant les informations conservées dans le milieu de mémoire» 10 Dans une autre variante de réalisation, le milieu de mémoi re 12 (fig.l) peut comprendre une structure telle que celle de la fig.5 composée de plusieurs couches dans laquelle alternent une première matière (ce sont les couches désignées par 40) dans laquelle une configuration de charges non-neutralisées peut être 15 produite par voie optique, et une seconde matière (ce sont les couches désignées par 42) dont l'indice de réfraction subit un changement sous l'action du champ électrique produit par ces charges. Les couches 40 et 42 peuvent être contiguës, comme repré— 20 senté sur la fig.5, ou bien pourraient être physiquement séparées les unes des autres, mais de telle sorte que les couches 42 seraient néanmoins influencées par les champs électriques des couches 40. L'un des avantages d'une structure telle que celle représentée sur la fig.5 (où chaque couche 40 dans laquelle un champ 25 électrique peut être créé par voie optique, est interposée entre deux couches 42 de matière dont l'indice de réfraction est variable sous l'influence des champs produits par ces deux couches 40) est que les champs électriques respectifs produits par les couches optiquement sensibles (par exemple les couches 40 et 40b) 30 contenant les charges non-neutralisées n'ont besoin de s'étendre dans ces autres couches (par exemple 42a) de la matière présen- qu'„ tant un indice de réfraction variable, à une distance très inférieure à l'épaisseur de ces autres couches (42), puisque chacun de ces champs électriques agit sur ces autres couches 42, à l'une 35 des deux faces (44 et 46) de celles-ci. La présente invention peut être mise en oeuvre avec des hologrammes minces (plans) et avec des hologrammes épais (ou tridimensionnels) qui sont tous deux universellement connus dans la technique» 71 07648 -9- 2094100 REVENDICATIONS 1) Dispositif de conservation d'informations caractérisé en ce qu'il comprend un milieu de mémoire comportant une matière dont l'indice de réfraction change sous l'influence d'un champ 5 électrique et dans laquelle un tel champ électrique peut être induit par voie optique, et des moyens pour induire optiquement ledit champ électrique dans ledit milieu de mémoireo 2) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 1 dans lequel ladite matière est constituée par 10 une seule matière choisie dans le groupe comprenant le titanate de strontium dopé avec du fer et du molybdène, le titanate de calcium dopé avec du fer et du molybdène et du niobate de sodium et de baryum dopé avec du fer et du molybdène. 3) Dispositif de conservation d'informations selon la 15 revendication 1 dans lequel ladite matière se compose d'une première et d'une seconde matières ayant respectivement les propriétés caractéristiques précitées„ 4) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 3 dans lequel (a) la première matière comprend une 20 composition électro-optique et (b) la seconde matière comprend une composition photochromique. 5) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 2 dans lequel la seconde matière contient des impuretés localisées ayant des électrons qui peuvent être excités 25 optiquement à leur état libre0 6)- Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 2 dans lequel la seconde matière est choisie dans le groupe comprenant le fluorure de calcium dopé avec des ions de terres rares, le titanate de strontium dopé soit avec le fer, 30 soit avec le molybdène, le niobate de lithium et le niobate de baryum ét de strontium. 7) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 2 dans lequel la première matière est choisie dans le groupe comprenant le niobate de lithium, le niobate de baryum 35 et de strontium et le titanate de strontium» 8) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 2 dans lequel le milieu de mémoire est constitué par un élément structural simple comprenant un mélange desdites première et seconde matières. 71 07648 -10- 2094100 9) Dispositif de conservation d'informations selon la revendication 2 dans lequel la première matière comprend une composition électro-optique0 10) Dispositif de conservation d1 inforiaations selon la 5 revendication 2 dans lequel la seconde matière comprend une composition photochromique» 11) Dispositif de conservation d''informations selon la revendication 2 dans lequel ledit milieu de mémoire est constitué par, au moins, une première couche comprenant ladite première 10 matière et par, au moins, une seconde couche comprenant ladite seconde matière, la relation physique entre ces deux couches étant telle que le champ électrique produit dans la seconde couche influence la première, 12) Dispositif de conservation d'informations selon la 15 revendication 11 dans lequel le milieu de mémoire comprend un certain nombre de premières couches et un certain nombre de secondes couches, chacune desdites premières couches étant interposée entre deux secondes couches.