Brevet FR2086282A1 — publié le 19711231

i 2086282 La présente invention concerne une mémoire holographique dans laquelle un hologramme d'éclairement délivre un faisceau de référence, utilisé à la fois pour la lecture et l'enregistrement, et un faisceau objet à l'intérieur de la mémoire. 5 Une mémoire utilisable avec un ordinateur, constituée d'une "page" semiconductrice à accès sélectif et électrique, a été proposée antérieurement. Cette page semiconductrice est formée d'un réseau planaire de bascules accessibles électriquement permettant l'enregistrement d'un nombre correspondant de bits binaires 10 d'information. En outre, chaque bascule comporte un photodétecteur permettant de positionner celle-ci lorsqu'il reçoit de la lumière, et une valve de lumière commandée par l'état de la bascule. Une source laser lumineuse, un déflecteur lumineux et des systèmes optiques holographiques permettent la création d'un hologramme du 15 réseau des valves de lumière sur l'une de nombreuses petites surfaces d'un support d'enregistrement holographique effaçable; L'hologramme peut ensuite être éclairé pour recréer et projeter l'image du réseau de valves de lumière sur le réseau de photodétecteurs, pour diriger à nouveau l'information vers les bascules 2Q dans la .page semiconductrice. De cette façon, la page semiconductrice est utilisée comme unité électrique d'entrée êt de sortie d'une page à la fois, d'un très grand nombre de pages d'information enregistrées optiquement sur le support d'enregistrement holographique effaçable. 25 Les systèmes optiques holographiques utilisés dans ce type de mémoires, et connus jusqu'à présent, comportent un très grand nombre d'éléments optiques et de trajets optiques. Par exemple, la mémoire décrite ci-dessus peut utiliser un diviseur de faisceau séparant le faisceau laser en un faisceau objet et un 30 faisceau de référence, le faisceau objet étant projeté sur l'hologramme d'éclairement, et le faisceau de référence étant projeté (sans modification) sur le support d'enregistrement ; en outre, cette mémoire peut utiliser les faisceaux objet et de référence mentionnés ci-dessus, et leurs trajets pendant une opération 35 d'enregistrement, et nécessite un autre trajet du faisceau de référence (passant ou non par le diviseur du faisceau) pour une opération de lecture. L'invention propose donc un système optique perfectionné utilisable dans une mémoire holographique. 71 14413 2 2086282 L'invention peut être mise en pratique dans une mémoire holographique dans laquelle l'hologramme d'un objet doit être enregistré sur un support d'enregistrement, et lu à partir de ce support, qui peut être effaçable, L1"objet" mentionné plus haut peut être un réseau de valves de lumière pouvant être commandées sélectivement (à partir d'une source d'information extérieure). Un hologramme d'éclairement au moins, frappé par un faisceau provenant d'une source lumineuse, de manière à délivrer un faisceau de lumière diffractée, fournit cette information. (Il faut noter que le faisceau lumineux diffracté peut être un réseau de sources lumineuses reconstituées, correspondant au réseau de valves de lumière mentionné ci-dessus, à l'intérieur de l'objet). Un trajet optique dirige le faisceau lumineux diffracté sur l'objet et, de là, sur le support d'enregistrement. Un autre trajet optique complète le système, et dirige un faisceau de référence depuis la source lumineuse vers le support d'enregistrement. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'hologramme d'éclairement est également utilisé comme diviseur de faisceau, le faisceau non diffracté provenant de l'hologramme d'éclairement étant employé comme faisceau de référence, reçu et dirigé par le trajet optique du faisceau de référence vers le support d'enregistrement. Dans ce montage, le faisceau objet et le faisceau de référence arrivant sur le support d'enregistrement coopèrent pour créer un hologramme de l'objet sur le support d'enregistrement, de la façon bien connue"des spécialistes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue latérale d'un système optique de mémoire holographique de lecture et d'enregistrement, conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure j5 est une vue latérale d'un autre montage d'une partie du système de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en bout dans le sens des flèches 4-4 de la figure 3 ; 71 14413 ? 2086282 - la figure 5 est une vue latérale d'un système optique, holographique différent de celui de la figure 1 en ce que c'est la lumière transmise à travers l'objet qui est utilisée à la place de la lumière réfléchie par l'objet ; et 5 - la figure 6 est une vue en bout dans le sens des flèches 6-6 de la figure 5- La figure 1 représente une mémoire comportant un laser 10, un dispositif rotateur de polarisation 11 et un déflecteur de faisceau 12 constirué d'un déflecteur X déviant le faisceau dans 10 la direction x, et d'un déflecteur Y déviant le faisceau dans la direction y. Le laser 10 peut être un laser classique puisé à l'état solide fonctionnant dans un seul mode transversal pour produire un faisceau polarisé et bien collimaté, Le dispositif rotateur de polarisation 11 peut être un matériau électro-optique 15 tel qu'un cristal de phosphate de potassium bihydrogéné à deux électrodes. La polarisation d'un faisceau incident tourne de 90° lorsqu'une tension convenable est appliquée aux deux électrodes. Le déflecteur X-Y 12 peut être un déflecteur lumineux numérique connu fonctionnant en réponse à des ondes acoustiques 20 induites électriquement dans un milieu transparent liquide ou solide. Le déflecteur 12 peut encore être un déflecteur lumineux numérique connu, comportant divers étages de dispositifs rotateurs de polarisation suivis chacun d'un crista] biréfringent à double réfraction, tel que la calcite. Dans ce cas, il est préférable 25 d'inverser les positions du dispositif rotateur 11 et du déflecteur 32dans]e trajet dufaisceaudu laser 10. Pour quelques-uns des déflecteurs lumineux connus ayant des angles de déviation relativement faibles, il est nécessaire que les ondes déviées suivent un long trajet lumineux entre le déflecteur et le point du système où le faisceau 30 dévié est utilisé. Le faisceau lumineux dévié du laser 10 peut suivre l'un des trajets 14, 14' et 14", ou tout trajet intermédiaire. Le faisceau dévié, une fois réfléchi par un miroir 15, est dirigé vers une lentille collimatrice 16, d'où les faisceaux déviés 35 angulairement sortent parallèlement au trajet optique 14 d'un faisceau central. Un faisceau lumineux sortant de la lentille 16 est dirigé vers un certain hologramme d'éclairement 29, faisant partie d'un 71 14413 4 2086282 réseau 27. Chaque hologramme permet de faire diverger ou de disperser un faisceau étroit reçu, pour éclairer un réseau de pages 30 d'unités de mémoires binaires. La partie des faisceaux 14', 14- et 14" qui n'est pas diffractée par l'hologramme 27 suit les 5 trajets 19', 19 et 19", et est utilisée comme faisceau de référence en créant un hologramme sur un support d'enregistrement holographique 26. Par conséquent, non seulement l'hologramme d'éclairement éclaire l'objet 30, mais il sert de diviseur de faisceau pour séparer le faisceau laser en un faisceau objet et un faisceau de 10 référence. Le faisceau objet diffracté par l'hologramme 27 est dirigé selon un trajet passant par la lentille 28, un polâriseur 18 et un réseau de pages 30 du type réfléchissant, d'unités de mémoires, à partir duquel la lumière est réfléchie par le polari-15 seur 18 et la lentille 28, et dirigée vers le support d'enregistrement 26. La figure 1 représente le trajet du faisceau objet, résultant du faisceau central 14 frappant un hologramme d'éclairement central 29 du réseau 27. Cet hologramme disperse ce faisceau selon un faisceau plein conique ou pyramidal qui vient frapper la 20 ■ lentille 28 et le réseau de pages 30 des unités de mémoires. La lumière réfléchie par le réseau 30 est concentrée par la lentille 28 et atteint une petite surface 32 du support d'enregistrement holographique 26. De façon similaire, lorsque le faisceau laser se trouve en position déviée 14', un faisceau objet 32' vient 25 ' frapper le support d'enregistrement 26. Et lorsque le faisceau laser est dans la position 14", un faisceau objet atteint le support d'enregistrement dans la petite surface 32". Le réseau de pages J>0 des unités de mémoires est un ^ réseau intégré d'unités de mémoires à accès électrique et optique. 30 Chaque unité de mémoire peut comporter une bascule à transistor bistable, un photodétecteur fonctionnant en réponse à de la lumière pour positionner la bascule correspondante, et une valve de lumière commandée par l'état de la bascule pour réfléchir ou bloquer la lumière. Le montage du réseau de pages 30 des unités 35 de mémoires est décrit plus en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique Sériai n° 866 645 déposée le 15 Octobre 1969 et intitulée "Electrically and Optically Accessible Memory". 71 Ikkli 5 2086282 La partie non diffractée d'un faisceau lumineux frappant l'hologramme 27 sst réfléchie par un miroir plan 20 et un prisme à angle droit au réflecteur dièdre 22, et vient frapper le support d'enregistrement 26. Le faisceau central 14 suit le trajet du 5 faisceau de référence 19, en direction de la petite surface 32 du support 26. De façon similaire, lorsque le faisceau laser est dans les positions 14' et 14", le faisceau de référence suit les trajets 19' et 19" vers les petites surfaces 32' et 32", respectivement. Le réflecteur 22 est un réflecteur dièdre permettant une 10 transposition latérale du faisceau de référence s'adaptant à 1 ' inversion d'image latérale produite dans le trajet du faisceau objet par lalentLlte 28, comme il apparaît sur la vue en bout de la figure 2. Par exemple, le faisceau de référence supérieur 19' provenant de l'hologramme individuel 29* est réfléchi latéralement comme il apparaît sur la 15 figure 2 et dirigé vers la petite surface 32' du support 26. Ce déplacement latéral est le même que celui imprimé au faisceau objet lorsqu'il traverse la lentille 28. Le faisceau central 19 de l'hologramme 29 est simplement réfléchi par le coin du réflecteur dièdre 22, île subit aucun déplacement latéral, et vient 20 frapper la zone centrale 32 du support d'enregistrement. Lorsque le faisceau objet traverse la lentille 28, il arrive au même, endroit.QaéHe que soit la position déviée du faisceau laser, le faisceau de référence et le faisceau objet arrivent sur la même petite surface du support d'enregistrement 26. 25 Le support d'enregistrement holographique effaçable 26 peut être constitué d'une couche d'environ 5 millionièmes de millimètre de bismuth et manganèse déposée sur un substrat orienté tel que le mica ou le saphir, ou sur un substrat amorphe tel que le verre. L'ensemble est chauffé initialement pour former une 30 pellicule de bismuth et manganèse dans un cristal unique puis est soumis à un chanpmagnétique intense qui force tous les atomes magnétiques à aligner leurs pôles nord dans une direction perpendiculaire à la surface de la pellicule. La direction d'aimantation des surfaces élémentaires de la pellicule peut varier lorsqu'elle 35 est frappée par l'énergie optique d'un laser qui engendre de la chaleur. Ceci s'appelle l'écriture ou l'enregistrement au point de Curie. Si l'échantillon optique ainsi enregistré dans la condition magnétique de la pellicule est un hologramme de phase, un 71 lkkl'i 6 2086282 faisceau de référence dirigé vers la pellicule est réfléchi avec une certaine rotation de la polarisation due à l'effet magnétique Kerr qui entraîne une nouvelle création de l'image optique dans un plan d'utilisation. La lecture peut être accomplie par une 5 rotation magnéto-optique à effet Faraday d'un faisceau de référence transmis à travers la pellicule de bismuth et manganèse. Le faisceau de référence utilisé pendant la lecture a une intensité inférieure au faisceau utilisé pendant 1'enregistreront, et par conséquent, l'hologramme enregistré n'est pas détruit, Ou 10 bien le faisceau de référence utilisé pendant la lecture a 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. Le fonctionnement de la mémoire sera décrit maintenant. 15 Le réseau de pages 30 des unités de mémoires est constitué d'un réseau d'éléments de mémoire semiconducteurs dans lesquels l'information binaire est enregistrée électriquement, Chaque élément de mémoire est couplé à une valve de lumière qui réfléchit la lumière lorsqu'un "l" est enregistré et bloque la lumière • 20 lorsqu'un "0" est enregistré. Une image graphique du réseau de valves de lumière est alors transformée en un hologramme en l'une des nombreuses petites surfaces du support d'enregistrement 26. La petite surface particulière sélectionnée par l'enregistrement de la page d'information est déterminée par l'importance de la 25 déviation x et y donnée au faisceau lumineux du laser 10. Si la zone centrale 32 du support 26 reçoit 1'image holographique du réseau de pages, le déflecteur 12 fait suivre au faisceau laser les trajets 14. Lorsque l'information dans le réseau 30 doit être 30 enregistrée sur le support 26, le dispositif rotateur de polarisation 11 imprime au faisceau laser une polarisation correspondant à la position d'"enregistrement11 déterminée par l'inverseur 34. Le faisceau laser vient frapper l'hologramme 29 duquel émerge un faisceau de référence non diffracté qui suit le trajet 19 en 35 direction de la petite surface 32 du support 26. Un faisceau objet diffracté par l'hologramme 29 s'évase et traverse la lentille 28 et le polariseur 18 en direction du réseau de pages 30. Le faisceau objet modifié par le réseau de pages 30 est ensuite réfléchi par BAD ORIGINAL 71 14413 7 2086282 le polariseur 18 et concentré par la lentille 28 sur la petite surface 32 du support 26. Le faisceau objet peut traverser deux fois le polariseur l8 car celui-ci est construit et orienté pour laisser passer uniquement la lumière ayant la polarisation 5 d'"enregistrement" déterminée par l'inverseur 34. Les hologrammes d'éclairement du réseau 27 sont de préférence construits de façon que seules les valves de lumière des unités de mémoires soient éclairées à l'exclusion des espaces compris entre ces valves, pour éviter un gaspillage de la lumière. 10 A cet instant, les valves de lumière du réseau 30 sont conditionnées-de manière à réfléchir ou bloquer la lumière incidente, selon l'étage de la bascule correspondante de l'unité de mémoire. L'échantillon des spots lumineux créés par les valves de lumière ouvertes et fermées est concentré sur la petite surface 32 du 15 support 26. L'interférence du faisceau objet du réseau de pages 30 et du faisceau de référence produit un hologramme de page sur la petite surface 32. Cet hologramme ainsi enregistré reste sur le support d'enregistrement en bismuth et manganèse jusqu'à ce qu'il soit effacé intentionnellement. L'effacement d'un seul 20 hologramme de page sur le support 26 peut être accompli en éclairant l'hologramme, avec une intensité lumineuse inférieure à-celle nécessaire pour l'enregistrement au point de Curie, en présence d'un champ magnétique dont l'intensité est trop faible pour effacer les hologrammes de page non éclairés. 25 L'hologramme du réseau de pages décrit comme formé sur la petite surface 32 du support 26 aurait pu être enregistré en toute autre position du support 26, selon les déviations x et y imprimées au faisceau laser par le déflecteur 1*2. Lorsqu'il est souhaitable de retrouver et d'utiliser la 30 page d'information enregistrée sous forme d'hologramme dans la petite surface 32, la borne de "lecture" L du dispositif rotateur de polarisation 34 es't excitée et le laser 10 est puisé. Lorsque le faisceau 14 a la polarisation de "lecture", la partie du faisceau diffracté par l'hologramme d'éclairement 27 est bloquée 35 par le polariseur 18, et son trajet en direction du support 26 est bloqué. Lors de la lecture, le faisceau de référence frappant le support en 32 (ou ailleurs), fait réfléchir la lumière selon un 71 14413 8 2086282 cône ou ..une..pyramide par les photodétecteurs en direction du réseau de pages 30 des éléments de mémoire. Les sorties électriques des photodétecteurs sont sensibles à l'échantillon de lumière reçue, et positionnent les bascules correspondantes dans les 5 unités de mémoires correspondantes, en fonction de l'image recréée à partir de l'hologramme 32 sur le support 26. Ensuite, les bascules du réseau de pages 30 retenant l'information numérique, l'information peut être lue électriquement par des moyens non représentés. 10 C'est le même trajet du faisceau de référence qui est utilisé pour l'enregistrement et la lecture. Ceci'est possible car le faisceau de référence frappe le support d'enregistrement selon une incidence normale (perpendiculaire). Lorsqu'il est souhaitable, comme dans la mémoire décrite, de reconstituer une 15 image réelle par réflexion à partir d'un hologramme enregistré, exactement dans la même position que l'objet occupait lors de l'enregistrement de l'hologramme, le faisceau de référence de reconstitution (ou de- lecture) -doit être conjugué au faisceau de référence d'enregistrement (ou d'écriture). Ceci peut être obtenu 20 lorsque les faisceaux de référence de lecture et d'écriture font des angles conjugués avec la direction perpendiculaire à l'hologramme. Cependant, un faisceau de référence arrivant selon une incidence normale est conjugué avec lui-même et peut être utilisé à la fois pour la lecture et l'écriture. Un autre système optique 25 à mémoire holographique utilisant un faisceau de référence normal au support d'enregistrement est représenté et décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique Sériai n° 31 284 déposée le 23 Avril 1970 et intitulée "Holographie Memory with the Same Reference Beam Used for Writing and Reading". 30 Référence sera faite maintenant aux figures 3 et 4 pour une description d'un autre montage du système des figures 1 et 2, le réflecteur dièdre 22 des figures 1 et 2 étant remplacé par une première lentille cylindrique 40, un miroir plan 42 et une seconde lentille cylindrique 44. Les.lentilles cylindriques ont chacune 35 une distance focale P et sont espacées d'une distance 2F.. Ces lentilles ont la même fonction que le réflecteur dièdre 22 des figures 1 et 2, et produisent la même transposition latérale du faisceau de référence qui s'adapte à l'image latérale inverse 71 14413 9 2086282 produite dans le trajet du faisceau objet par la lentille 28. Les figures 5 et 6 représentent un système optique à mémoire -holographique utilisable avec un réseau de pages 30' du type à transwLssion de lumière, plutôt qu'à réflexion. Lorsque 5 le faisceau laser a la position centrale 14 éclairant l'hologramme individuel 29-; un faisceau de référence non diffracté 19 arrive directement sur la petite surface 32 du support 26. Le faisceau objet diffracté s'évase lé long du trajet 48, traverse la lentille 28' et le polariseur 18 pour éclairer le réseau de pages 30* des 10 unités de mémoires. La lentille 28' est égale au quart d'une lentille sphéri-. que., la partie coupée et non utilisée de la lentille complète étant représentée en 28". Un prisme ou réflecteur dièdre 46, réfléchissant le 15 faisceau objet concentré le long du trajet 50 par le quart de lentille 28' sur la petite surface 32 du support 26, est placé après le polariseur 18 et le réseau de pages 30' du type à' transmission. Ceci est réalisé par une transposition latérale compensant l'inversion du quart de lentille 28'. Si le réflecteur 20 46 n'existait pas, le faisceau objet concentré suivrait le trajet en pointillés 52, en direction de 32'. La partie 28" non utilisée du quart de lentille 28', et le trajet du faisceau objet non utilisé 52 sont représentés sur le dessin principalement pour aider à visualiser le fonctionnement du quart de lentille et du 25 réflecteur dièdre, en dirigeant le faisceau objet vers la même surface 32 du support que le faisceau de référence 19. Pendant le fonctionnement, la mémoire des figures 5 fit 6 est indentique à celle des figures 1 et 2. Les systèmes optiques à mémoire holographique décrits 30 ci-dessus sont avantageux car ils utilisent l'hologramme d'éclairement pour appliquer le faisceau de référence sur le support d'enregistrement. Il faut noter que dans les mémoires du type décrit, le trajet du faisceau de référence est tel qu'il peut être utilisé à la fois pour l'enregistrement et la lecture dans les mémoires. 11 va de soi que 11 invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de spn cadre. 71 14413 10 2086282 REVENDICATIONS 1. Mémoire holographique comportant un support d'enregis trement holographique, un objet, au moins un hologramme d'éclairement, une source délivrant un faisceau lumineux dirigé vers l'hologramme d'éclairement pour produire un faisceau lumineux 5 diffracté, un trajet optique pour diriger le faisceau lumineux diffracté sur l'objet, et de là sur le support d'enregistrement, et un trajet optique pour diriger un faisceau de référence de la source sur le support d'enregistrement, cette mémoire holographique étant caractérisée en ce que l'hologramme d'éclairement 10 produit en outre un faisceau lumineux non diffracté ; et le trajet optique du faisceau de référence reçoit le faisceau non diffracté provenant de l'hologramme d'éclairement en direction du support d'enregistrement sous la forme de faisceau de référence. 15 2. Mémoire holographique selon la revendication 1, carac térisée en ce que le support d'enregistrement holographique comporte de nombreux emplacements d'enregistrement, et l'hologramme d'éclairement est inclus dans un réseau d'hologrammes d'éclairement, un hologramme correspondant à chaque emplacement 20 d'enregistrement, un moyen permet de dévier le faisceau lumineux vers l'un des hologrammes d'éclairement lors de l'enregistrement dans un emplacement correspondant sur le support d'enregistrement, et le trajet optique pour diriger le faisceau diffracté dirige le faisceau diffracté à partir d'un hologramme d'éclairement vers 25 l'objet ; et le trajet optique du faisceau de référence dirige le faisceau lumineux non diffracté de l'un des hologrammes d1éclairement vers l'emplacement correspondant du support d'enregistrement. 3. Mémoire selon l'une de3 revendications 1 ou 2 caraeté-30 risée eh ce que le trajet optique du faisceau de référence comporte un miroir- plan et un miroir dièdre. 4. Mémoire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le trajet optique du faisceau de référence comporte un miroir plan et deux lentilles cylindriques. 35 Mémoire selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté risée en ce que le trajet optique du faisceau de référence est un trajet rectiligne allant de l'hologramme d'éclairement sélectionné ay support d'enregistrement. BAD ORIGINAL