Brevet FR2137802A1 — publié le 19721229

i 2137802 « La présente invention concerne un procédé pour l'élaboration d'hologrames à l'aide d'une lumière à cohérence limitée, dans lequel la plaque holographique reçoit d'une part la lumière du faisceau lumineux de référence et la lumière 5 d'objet, issue du même laser et diffusée par l'objet. 11 est connu que des prises de vue holographiques d'objets s'étendant sur une grande profondeur dans l'espace, ne sont possibles qu'avec des lasers émettant une lumière ayant une fréquence uni.que de grande pureté. Si l'on uti-10 lise des lasers qui vibrent selon plusieurs modes longitudinaux, dont le rayonnement ne présente donc qu'une cohérence limitée, par exemple des lasers à rubis ou d'autres lasers à impulsions, on obtient un hologramme utilisable seulement si les différences de cheminement entre la lumière de l'objet et la lumière de 15 référence qui arrivent sur la plaque holographique, sont plus petites que la longueur de cohérence du laser. Il est bien vrai que l'on peut obtenir des longueurs de cohérence de plusieurs mètres grâce à une structure convenable du résonateur optique, par sélection de la fréquence, mais le résonateur peut se déré-20 gler par exemple du fait de la dilatation thermique à tel point que la longueur de cohérence tombe à quelques centimètres. Afin de pouvoir élaborer des hologrammes utilisables avec des lasers vibrants sur plusieurs modes, donc avec une lumière de cohérence limitée, il est connu (W. Tschie-25 del et autres, dans le Journal de la physique Appliquée 1 cahier 1 (1971) p. 15 à 21) , de diviser le faisceau de lumière de référence en deux faisceaux partiels, qui, pour arriver sur la plaque holographique, parcourent des cheminements différents, de manière que la différence de cheminement ne soit pas égale à 50 (2 m + 1). "Xo/2, où m est un nombre entier positif et Xo la longueur d'ondes moyenne du laser qui oscille sur plusieurs modes. Avec cette méthode, on holographie des objets, pour lesquels entre les cheminements de la lumière de l'objet éfc de celle du rayon de référence, on peut avoir des différences at-35 teignant jusqu'à 4- mètres. Au lieu de projeter ensemble sur la plaque holographique, sous un même angle, les deux faisceaux partiels différents entre eux par la longueur du cheminement, l'avantage précité doit aussi pouvoir être obtenu si les deux faisceaux partiels tombent sur la plaque holographique en 40 étant inclinés l'un par rapport à l'autre d'un angle défini. 72 16975 2 2137802 i 10 Pour la pratique, la méthode connue présente l'inconvénient que, dans le cas des faisceaux partiels parallèles, un ajustage très précis est nécessaire, et que, dans le cas des faisceaux partiels inclinés, un angle d'inclinaison défini et un dispositif tout à fait spécial, composé de deux détecteurs à l'endroit de l'hologramme, sont considérés comme nécessaires. L'objet de l'invention est de permettre l'élaboration de bons hologrammes au moyen d'une lumière de cohérence limitée avec la mise en oeuvre de moyens appropriés pour la pratique. Le problème est résolu en ce que, pour chaque fréquence contenue dans la lumière laser, on engendre sur l'objet que l'on veut holographier, des fluctuations loca-les d'intensité, de manière que les maxima d'intensité correspondant à l'une des fréquences ne concordent pas, pour la majorité d'entre eux, avec les maxima d'intensité d'une autre fréquence contenue dans la lumière laser. Selon les formes préférées de réalisation 20 de l'invention, on divise le faisceau lumineux destiné à éclairer l'objet en deux faisceaux partiels, les faisceaux partiels étant alors projetés sur l'objet, inclinés l'un par rapport à l'autre, ou dirigés sur un corps diffusant, l'objet étant alors éclairé avec la lumière diffuse provenant de ce corps. 25 Des détails plus complets ressortiront des exemples de réalisation décrits ci-dessous à l'aide des figures. Ces figures représentent respectivement : la figure 1, un dispositif avec lequel le faisceau de la lumière de l'objet est divisé en deux faisceaux: jq partiels, et les deux faisceaux partiels sont projetés sur l'objet, inclinés l'un par rapport à l'autre ; la figure 2 un dispositif avec lequel le faisceau de lumière de l'objet est diffusé sur l'objet par l'intermédiaire d'un diffuseur. yj Sur la figure 1, on a représenté un laser 1, dont le faisceau lumineux 2 est scindé au moyen d'un diviseur de rayons 3 en un faisceau de lumière d'objet 4 et un faisceau de lumière de référence Le faisceau 5 est envoyé sur un miroir 6 et, après extension au moyen d'une lentille 7, il 40 est projeté sur la plaque holographique 8. Au moyen d'un 72 16975 3 2137802 « deuxième diviseur de rayons 9, le faisceau 4 est scindé en deux faisceaux partiels 10 et 11, et le faisceau 10, après déviation sur le miroir 12, et extension par la lentille 13, est projeté sur l'objet 15, en formant un angle avec le faisceau 11 qui a subi une extension par la lentille 14. La plaque holographique 8 est frappée par la lumière diffuse provenant de l'objet 15. Les objets que l'on veut holographier dans la pratique sont, en majorité, des corps donnant tin rayonnement diffus. Eclairés avec de la lumière laser, de tels corps apparaissent avec des taches (par exemple JOSA 5^. (1965) 247). Si la lumière laser éclairante contient plus d'une fréquence, si par conséquent elle n'a qu'une cohérence limitée, et si on la-projette sur l'objet sous la forme de deux faisceaux partiels inclinés l'un, par rapport à l'autre de la manière représentée sur la figure 1, les taches visibles sur l'objet présentent des maxima et des minima de contraste. Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que chacune des fréquences contenues dans la lumière laser de l'un des faisceaux partiels forme sur l'objet, avec la fréquence identique de l'autre faisceau partiel, une grille d'interférence, la largeur des bandes de cette grille dépendant de la fréquence, de la manière connue, de sorte que, pour chaque fréquence, il apparaît des fluctuations locales de l'intensité. Du fait des largeurs différentes des bandes, il apparaît alors des régions, où les maxima d'intensité des différentes fréquences concordent entre eux, et d'autres, où les maxima correspondant à l'une des fréquences coïncident avec les minima de l'autre. Les premières régions sont des régions avec des taches de contraste élevé , les dernières sont des régions de contraste faible. Sur la figure 1, on a représenté sous la forme d'une courbe l'évolution du contraste V"(x) sur l'étendue de l'objet 15. Selon l'invention, il faut maintenant que les maxima d'intensité (de la grille d'interférence) correspondant à chaque fréquence ne coïncident pas, pour leur plus grand noiubre, avec les maxima d'intensité (de la grille d'interférence) d'une autre fréquence. Ceci est le cas, comme on l'a expliqué ci-dessus, lorsque l'on a un minimum de contraste ^(x), de sorte que sur la figure 1, on dispose l'objet 15 à l'endroit de ce minimum. 72 16975 4 2137802 ' Avec le dispositif représenté, on peut obtenir de bons hologrammes d'objets étendus ou d'objets occupant une grande profondeur dans l'espace, même avec des lasers dits multimodes, des lasers par conséquent de cohérence limi-5 tée, qui vibrent sur plus d'un mode , ou au moyen de lasers qui, à vrai dire, grâce à la sélection de fréquence, n'émettent pour commencer que sur une fréquence discrète, mais qui ensuite, par suite de variations mécaniques du résonateur optique, se dérèglent et qui, eux aussi, ne présentent alors plus qu'une cohé-10 rence limitée. Le réglage du dispositif est relativement simple, car l'objet à holographier peut être disposé à l'endroit du contraste minimal des taches, sans que cela nécessite des moyens de mesure importants. La largeur des domaines de contraste minimal des taches peut être modifiée d'une manière sim-lj? pie, en agissant sur l'angle d'inclinaison des deux faisceaux partiels 10, 11, l'un par rapport à l'autre. Sur la figure 2, on a représenté une variante de 1'invention particulièrement importante pour la pratique. Le faisceau de lumière de l'objet 4 n'est pas scindé en 20 deux faisceaux partiels comme sur la figure 1, mais après extension il est projeté sur un corps à réflexion diffuse 17, par exemple une tôle peinte en blanc mat, ou une plaque de verre de couleur opale ou laiteuse.L'objet 15 est alors illuminé par la lumière diffuse 18 réfléchie par ce corps 17. Au lieu 25 de disposer un corps 17 agissant en réflecteur, on peut aussi choisir un éclairement de l'objet 15 avec une lumière qui traverse une plaque de verre opale ou laiteuse. Avec le dispositif représenté sur la figure 2, ou avec sa variante mentionnée ci-dessus, on obtient 30 aussi de bons hologrammes de corps étendus, 1'éclairement se faisant avec une lumière laser de cohérence limitée. Il faut en voir l'explication dans le fait que le corps 17 envoyant un rayonnement diffus sur l'objet 15, que l'on veut holographier, engendre des fluctuations locales de l'intensité pour 35 chacune des fréquences contenues dans là lumière laser (JOSA 61 (1971) 559)» et qu'en moyenne statistique les maxima d'intensité correspondant à l'une des fréquences ne concordent pas, en majorité, avec les maxima d'intensité correspondant à une autre fréquence contenue dans la lumière laser. 40 Du point de vue de son étendue d, de 72 16975 5 2137802 î sa distance z par rappott à l'objet 15, et de sa position par rapport au faisceau de rayons éclairant 4 après l'extension de celui-ci dans la lentille 16, et par rapport à l'objet 15, le corps 17 qui fournit un rayonnement diffus est structuré 5 ou disposé de telle manière que, parmi les rayons qui, provenant du corps diffusant 17 tombent sur un point 19 de l'objet 15, il existe au moins deux rayons, par exemple les rayons 20 et 21, dont les cheminements entre le laser 1 et le jhoint 19 de l'objet diffèrent d'au moins une longueur de cohérence cLU 10 laser. Tous les points de l'objet pour lesquels ces conditions sont remplies seront bien reproduits par l'hologramme même avec un éclairement à cohérence limitée. Le Succès de l'invention peut s'expliquer du fait que, grâce à la séparation topographique des maxima 15 d'intensité correspondant à une fréquence déterminée, on éclaire des régions différentes de l'objet, qui renvoient une lumière diffuse, d'où il résulte que,sur la plaque holographique 8, pour chaque fréquence, on enregistre ion hologramme, qui n'est pas cohérent avec les autres fréquences, et qui par conséquent, 20 ne peut donner lieu à des interférences. Par rapport à l'hologramme d'une fréquence, les autres fréquences n'engendrent qu' un fond incohérent, qui réduit bien quelque peu le rendement, mais qui à part cela n'est pas gênant. Les fluctuations locales de l'intensité qui correspondent aune fréquence sont judicieu-25 sement -telles, que l'étendue d'un maximum d'intensité ou d'un minimum de cette intensité reste en dessous du pouvoir de résolution optique. 72 16975 e 2137802 KEVEMIICATIOMS 1. Procédé pour l'élaboration d'hologrammes avec de-klumière de cohérence limitée, la plaque holographique recevant le faisceau de lumière de référence et la lumière 5 d'objet diffusée par l'objet et provenant du même laser, caractérisé en ce que, pour chacune des fréquences contenues dans la lumière laser, on engendre, sur l'objet à holographier, des fluctuations locales de l'intensité, de telle sorte que les maxima d'intensité correspondant à une fréquence ne concordent 10 pas, pour la plupart, avec les maxima d'intensité d'une autre fréquence contenue dans la lumière laser. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le faisceau lumineux (4) destiné à l1 éclairement de l'objet (15) est scindé en deux faisceaux partiels 15 (10,11) et en ce que les faisceaux partiels (10,11) sont projetés sur l'objet (15) avec une inclinaison de l'un par rapport à 1'autre. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le faisceau lumineux (4) destiné à l'éclai- 20 rement de l'objet (15) est projeté sur un corps (17) diffusant et que l'objet (15) est éclairé avec la lumière diffuse (18) provenant de ce corps (17). 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'objet (15) est placé dans le cheminement 25 des faisceaux partiels (10,11) inclinés l'un par rapport à l'autre de telle manière que les contrastes entre les taches qui apparaissent sous 1'éclairement sont minimaux. 5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que, du point de vue de son étendue (d), de sa 30 distance (z) par rapport à l'objet (15), et de sa position par rapport au faisceau de rayons éclairant (4), après l'extension de celui-ci dans une lentille (16) et par rapport à l'objet (15), le corps diffusant (17) est structuré et disposé de telle manière qu'il se trouve parmi les rayons provenant du corps 35 diffusant (17) et tombant sur un point (19) de l'objet (15), au moins deux rayons (20,21) dont les cheminements entre le laser (1) et le point d'objet (19) présentent une différence égale à au moins une longueur de cohérence du laser. 72 16975 7 2137802 ' 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les maxima d'intensité, ainsi que les minima d'intensité, dans la fluctuation d'intensité d'une fréquence, présentent une étendue qui est en dessous 5 du pouvoir de résolution optique.