Brevet FR2121510A1 — publié le 19720825

La présente invention concerne les systèmes de mémoire holographiques. L'un des principaux inconvénients des actuelles mémoires de volume important à accès aléatoire est le temps d'accès relativement long. Malgré l'essor de la technologie du laser, le laser de balayage est limité à des vitesses de dé-5 flexion dans la gamme des mégacycles, tandis que la vitesse d'autres arrangements de déflexion commandés optiquement, bien que plus pratiques au point de vue coût, sont considérablement plus lents. La présente invention, d'autre part, permet des vitesses d'accès de l'ordre de la nanoseconde et au-dessus en raison d'un arrangement géométrique unique de ses éléments optiques, qui évite les 10 complexités et les limitations de vitesse inhérentes aux mécanismes de déflexion. Bien que certains types de mémoires optiques, par exemple, celles utilisant un film uniformément mince comme support de mémoire, offrent des densités d'enregistrement très élevées, le temps d'accès à n'importe quelle destination de mémoire aléatoire est cependant relativement long. 15 D'autre part, les mémoires utilisant des moyens altérables tels que les matériaux photochromiques, magnéto-optiques, ou électro-optiques présentent l'inconvénient d'offrir des densités d'enregistrement relativement faibles. En conséquence, le principal objet de la présente invention est de réaliser une mémoire bon marché à capacité élevée et à accès à vitesse extrêmement éle-20 vée de l'ordre de la nanoseconde. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une mémoire à volume élevé et à accès à vitesse élevée qui soit de fonctionnement plus simple et plus économique que ne le sont les actuels moyens d'emmagasinage de capacité élevée. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une mémoire hologra-25 phique de volume élevé à accès plus rapide que celui offert par les mémoires existantes. Un objet plus détaillé de la présente invention est de réaliser une mémoire holographique à efficacité volumétrique élevée présentant un arrangement unique d'éléments optiques évitant les complexités et les limitations de vitesse asso-30 ciées au* défecteurs de faisceaux classiques et aux lasers de balayage onéreux. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent des modes de réalisation préférés de celle-ci. L a figure 1 représente une réalisation de la pré-35 sente invention présentant un tableau de détection unique sensible aux configurations d'informations lues à partir de plusieurs hologrammes sous la commande d'un segment unique de radiation cohérente. La figure 2 est une modification de la réalisation représentée à la figure 1 et présentant deux tableaux de détection. 40 Dans la réalisation représentée à la figure 1, un plan hologramme 1, compre 71 44977 2 2121510 nant un élément plat rigide, porte plusieurs hologrammes espacés 2a à 2d du type transmission. On trouve entre les dits hologrammes, des ouvertures 3a, 3b, 3c au travers desquelles passe un segment lumineux d'une manière qui sera décrite ultérieurement. Un plan miroir 4 situé à la gauche dudit plan hologramme 1, 5 comprend également un élément plat rigide et porte plusieurs miroirs séparés 5a, 5b, 5c. On trouve situé sur le côté droit dudit plan hologramme 1, un panneau de détection 6 composé d'une matrice de détecteurssensiblesà la lumière 7. On trouve sous la ligne inférieure des détecteurs, une rangée de miroirs séparés 8a, 8b, 8c, 8d. Les miroirs 5, 6 sont disposés de façon que leurs centres se 10 trouvent dans un plan horizontal 9 qui passe en outre par les centre des ouvertures 3 et des hologrammes 2. En raison de cette disposition, un segment lumineux 10 issu d'une source lumineuse puisée 11 pénètre dans le premier hologramme 2a et suit une trajectoire réfléchie qui sort du dernier miroir 8d. En suivant cette trajectoire, le segment de faisceau 10 traverse le premier hologramme 2a 15 et provoque la lecture d'une configuration d'information codée contenue dans celui-ci par les détecteurs 7du panneau de détection 6. L'ordre zéro 10' du segment 10 frappe le miroir 6a et après réflexion, passe par l'ouverture 3a, réfléchi depuis le miroir 5a et passe au travers du deuxième hologramme 2b à partir duquel une configuration d'information codée est lue par les détecteurs 20 du panneau de détection 6. Le faisceau d'ordre zéro 10" issu de l'hologramme 2b est réfléchi par le miroir 8b, passe au travers de l'ouverture 3b et est réfléchi par le miroir 5b pour passer au travers du troisième hologramme 2c à partir duquel une configuration d'information codée est lue par les détecteurs du panneau de détection 6. Le faisceau d'ordre zéro 10" est réfléchi par le mi-25 roir 8c, passe au travers de l'ouverture 3c, est réfléchi par le miroir 5c et dirigé au travers du dernier hologramme 2d qui délivre sa configuration d'information codée sur le panneau de détection 6; et l'ordre zéro lO"1' est réfléchi par le miroir 8d et disparait dans l'espace ou est dissipé par un moyen approprié non représenté. Pour éviter la confusion dans la figure 1, un faisceau de 30 lecture unique est représenté comme émanant de l'hologramme 2a, ledit faisceau étant schématiquement représenté par 4 lignes référencées Ro. Il est admis que différents types d'hologrammes présentent des efficacités différentes. La présente invention utilise des hologrammes présentant des efficacités relativement faibles et qui sont disposés par ordre d'efficacité crois-35 santé de 0,01% à 4%. Les faisceaux d'ordre zéro'subissent une réduction de puissance relativement faible à chaque hologramme mais insuffisante pour amener la puissance du dernier faisceau d'ordre zéro 10'" en-dessous des limites de tolérance des détecteurs 7 dans le panneau de détection S. La source laser puisée est actionnée afin de délivrer une impulsion de puissance de crête suffisam-40 ment élevée, par exemple 10-100 watts, afin de compenser les pertes accumulées 71 44977 3 2121510 au cours des passages dans tous les hologrammes. Bien que les sorties des détecteurs puissent varier dans ces circonstances, des amplificateurs de détection à commande de gain automatique appropriés sont utilisés pour élever les sorties des signaux issus des aétecteurs. Les amplificateurs, à leur tour, sont 5 en outre interconnectés à des sélecteurs d'adresses afin que l'accès à n'importe quel groupe désiré de signaux de configuration puisse être réalisé. Afin de modifier le temps de transit du segment de faisceau, la position du plan-miroir 4 par rapport au plan hologramme 1 peut être réglée. Ce réglage est obtenu par un arrangement comprenant un moyen support 4a, portant le plan-10 miroir 4, qui est adapté pour être déplacé vers l'avant ou vers l'arrière par rapport au plan 1 au moyen d'un axe fileté 4b et de deux axes lisses 4c sur lesquels coulisse le moyen support 4a. En raison de cet arrangement, le temps de transit du segment de faisceau peut être soit avancé, soit retardé d'un temps désiré quelconque. 15 L'arrangement représenté à la figure 2 utilise un plan-hologramme 1', contenant des hologrammes 11a à 11g, situés entre deux plans de panneau de détection BR et 6L, chaque plan étant identique au plan 6 représenté à la figure 1. Las panneaux 6R et 6L portent des miroirs 18a à 18d, et des miroirs 15a à 15d, respectivement, qui sont séparés les uns des autres de manière à assurer 20 une trajectoire de réflexion sur laquelle le segment de faisceau, 20 passe séquentiellement au travers de tous les hologrammes 11a à 11g afin de provoquer une lecture en série, dans le temps de l'information codée enregistrée dans ces hologrammes. En traversant le plan hologramme, le segment de faisceau provoque la lecture au panneau de détection 6L depuis les hologrammes 11a, 11c, 11e 25 et 11g, tandis que la lecture au panneau 6R se fait depuis les hologrammes 11b, 11d et 11s, la direction de lecture étant indiquée par les flèches 21a, 21b issues respectivement des hologrammes 11a et 11b. Dans cet arrangement, les panneaux de détection BR, 6L sont chacun pourvus d'une rangée de photodétecteurs sensibles aux configurations d'informations codées lues depuis les holograirnies. 30 Chaque panneau de détection délivre aes signaux de sortie électriques correspondant aux configurations d'informations codées. Ces signaux de sortie sont en outre amplifiés par des amplificateurs de détection qui sont à leur tour interconnectés à des sélecteurs d'adresse, bien connus dans l'art des ordinateurs, afin d'assurer l'accès à n'importe quelle configuration désirée ou groupe 35 de signaux électriques amplifiés. Un dispositif de retard peut être incorporé dans l'arrangement de la figure 2, similaire à celui utilisé à la figure 1. Le dispositif de retard peut être utilisé pour positionner soit le panneau 6L, 6R ou le plan hologramme 1', ou n'importe quelle combinaison désirée de ces plans, afin de modifier le temps 40 de transit du segment de faisceau au travers des hologrammes dans le plan-holo 71 44977 4 2121510 gramme. Afin d'assurer une plus grande souplesse du dispositif de retard, les miroirs 15, 18 peuvent être disposés sur des plans mobiles séparés des plans des panneaux de détection, qui sont supposés être dans une position fixe de l'arrangement de la figure 2. 5 Revenant à la figure 1, It lecture du panneau de détection constitue une succession de blocs d'information parallèles représentant l'information dans les hologrammes successifs. Chaque bloc d'information apparaît successivement dans le temps et est sélectionné par le transfert de coïncidence d'adresse normale de la partie désirée depuis le panneau de détection à un registre de sor-10 tie 30 sous la commande d'une porte de lecture 29 commandée par un compteur d'adresses et registre 33 de la manière suivante. La détection de l'information du panneau de détection est utilisée pour avancer un générateur d'horloge 31 qui délivre un signal d'horloge par la ligne 32 afin d'avancer un compteur d'adresse d'hologramme 33 aux fins de sélection et délivre également un signal 15 de détection de position par la ligne 34 afin de modifier le moyen à commande automatique de gain 35 afin de commander les amplificateurs de détection selon l'hologramme en cours de lecture. Un gain minimum est rendu disponible pour le premier hologramme avec des gains successivement plus élevés appliqués pour chaque hologramme successif lu. Cette commande automatique de gain compense 20 la perte d1 énergie affectant le segment de faisceau au cours de son transit dans le système. Le temps de cycle total du système est égal au temps de transit nécessaire au segment de faisceau lumineux 10 pour passer dans la série d'hologrammes, et le segment de faisceau suivant est appliqué immédiatement à la suite de la lecture du dernier hologramme par le segment de faisceau courant. 25 La conception de la présente invention telle que présentée aux figures 1 et 2 peut être encore développée en disposant plusieurs plans empilés séparés formés par un nouvel arrangement approprié de miroirs et de tableaux de détection de façon à diriger le segment de faisceau sur des trajectoires réfléchies s'étendant dans chacun des dits plans. 30 La présente invention peut être encore modifiée afin d'inclure des plans- hologrammes séparés supplémentaires dans la trajectoire dudit segment de radiation. Pour neutraliser le bruit produit par les passages successifs du segment de faisceau d'ordre zéro dans les hologrammes successifs, un filtre spatial 35 peut être placé à proximité de chaque hologramme. Bien que la génération et la sélection d'impulsions-inférieures à la nanoseconde ait été obtenue dans l'art antérieur, une technique à été présentée pour la sélection d'une impulsion d'une picoseconde dans un train de telles impulsions. Cette technique est décrite dans "Applied Physics Letters", volume 40 , 10, N°1, 1 janvier 1967. Les impulsions mesurées ont une-largeur à demi-puis- 71 44977 5 2121510 sance de 4 à 6 picosecondes, et la technique est en outre capable de mesurer -13 des largeurs d'impulsions aussi courtes que 4 x 10 sec. Bien que les détecteurs utilisés par la présente invention n'aient pas des caractéristiques de réponse de cet ordre, ils sont cependant capables de répondre à des segments lu-5 mineux de l'ordre de la nanoseconde. Cependant, à mesure que les techniques s'améliorent pour la production de détecteurs à caractéristiques de réponse plus élevées, ceux-ci peuvent être rapidement utilisés par la présente invention afin d'atteindre des vitesses de fonctionnement de l'ordre de la picoseconde. Pour des réponses et des fonctionnements rapides, des ensembles de photo-10 détecteurs et d'amplificateurs de lecture intégrés sont utilisés dans fes panneaux de détection. La matrice de sélection pour la lecture des amplificateurs est également un ensemble intégré dans le panneau de détection. L'utilisation de l'amplificateur intégré soit en mode bascule, soit en mode linéaire, pour chaque bit dans le panneau, assure la sensibilité et la vitesse de réponse. Le 15 mode bascule exige simplement que le photodétecteur enclenche la bascule à l'état "conducteur" et ne nécessite qu'une très faible énergie pour fonctionner. Une diode du type "PIN" classique avec une sensibilité de 0,35 yA/pw à 6328 A produirait un signal de 640 microvolts pour 200 ohms avec une radiation incidente de 5,9 microwatts. Le signal de 640 microvolts serait le signal de déclen-20 chement pour le mode bascule ou le signal amplifié par l'amplificateur linéaire dans le mode linéaire. La bascule ou l'amplificateur, suivant le cas, est une partie du panneau intégré et est réalisé par un travail supplémentaire du substrat de silicium. A 10 jiw par bit et 4% d'efficacité de difraction, l'énergiB pour la lecture est de 250 microwatts par bit. En supposant des pertes de 50% 25 pour des tolérances de conception larges, l'énergie issue d'une impulsion de 10 watts délivrée par un laser puisé produira l'énergie pour lire un panneau de 20.000 bits. A titre d'exemple, sans que cela puisse être considéré comme une limitation, un système fonctionnant avec une impulsion lumineuse de 1 nanoseconde et 10 30 positions d'hologramme auraient une longueur de trajectoire lumineuse depuis le premier hologramme jusqu'aux miroirs et à l'hologramme suivant de 150 cm pour un temps de lecture toléré de 6 nanosecondes. Un segment lumineux de 1 nanoseconde (30 cm) progressant dans la structure représentée à la figure 1 présenterait une distance de 30 cm entre un plan hologramme 1 et le panneau de détection 35 6 et une distance de 60 cm entre un plan hologramme 1 et le plan miroir 4. Ceci permet auxsélecteurs de lecture de transférer 1'information sélectionnée au registre de sortie à la vitesse de répétition de 6 nanosecondes tl'hologramme, à hologramme. Avec 10 hologrammes, l'impulsion lumineuse suivante serait espacée de 60 nanosecondes de l'impulsion précédente afin de permettre à l'impulsion 40 précédente de sortir du dernier hologramme CtO). En résumé, l'invention présen 71 44977 6 2121510 te un nouveau système de base de "déflexion de faisceau" utilisant le temps plutôt que le positionnement spatial suivant le plan x-y pour la sélection d'un hologramme pour la lecture. Le mouvement relatif entre le faisceau laser et le milieu (hologramme) est différencié et adressé dans le temps. Etant donné 5 que tous les hologrammes sont positionnés pour effectuer la lecture sur un même ou sur un arrangement de panneau, les signaux de lecture se chevauchent tous en position spatiale. Afin d'être lus individuellement, l'utilisation d'une impulsion ou d'un segment séparé de lumière cohérente et son temps d'arrivée assurent la sélection. Toutes les autres méthodes nécessitent la déflexion 10 du faisceau depuis sa position de repos par un moyen actif tel que des séparateurs à polarisation, des prismes à réflexion intérieure totale ou des miroirs mobiles. La vitesse est la plus élevée possible avec la moindre puissance étant donné qu'aucune énergie de déflexion active n'est nécessaire. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins 15 les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 71 44977 7 2121510 REVENDICATIONS 1.- Système de mémoire holographique caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens définissant un chemin le long duquel est dirigée de l'énergie cohérente, 5 plusieurs hologrammes espacés contenant des informations, disposés dans ledit chemin, et une source de radiation cohérente engendrant un segment de radiation cohérente bien défini le long dudit chemin de manière à rendre possible la lecture des informations enregistrées dans les dits hologrammes. 2.- Système de mémoire selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1Q ledit chemin est un chemin de réflexion et en ce que ledit segment de radiation cohérente assure une lecture séquentielle dans le temps des dites informations. 3.- Système de mémoire selon la revendication 2 caractérisé en ce que les dits hologrammes sont disposés dans un plan d'hologrammes et en ce que ledit 15 chemin de réflexion est établi entre des miroirs espacés supportés par des plans disposés de chaque côté dudit plan d'hologrammes et parallèlement audit plan d'hologrammes. 4.- Système de mémoire selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit plan d'hologrammes est pourvu d'ouvertures interposées entre les dits holo- 20 grammes permettant ainsi à une partie dudit chemin réflecteur de le traverser dans une direction particulière tandis que les autres parties dudit chemin réflecteur définissent des chemins respectifs pour ledit segment de radiation passant au travers des dits hologrammes dans une direction opposée assurant ainsi la lecture des informations contenues dans les dits hologrammes. 25 5.- Système de mémoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un panneau de détecteurs disposé dans ledit chemin pour recevoir les informations lues dans les dits hologrammes. 6.- Système de mémoire selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande de retardement pour faire varier le 30 positionnement de l'un des dits plans de mitoirs de manière à allonger ou raccourcir ledit chemin réflecteur. 7.- Système de mémoire selon l'une quelconque des revendications 5 et B caractérisé en ce que les dites informations ont la forme des configurations codées et en ce que des moyens sont connectés audit panneau de détecteurs pour 71 44977 a 2121510 convertir les dites configurations d'informations codées en configurations de signaux électriques correspondantes. 8.- Système de mémoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paire de panneaux de détection 5 supportés chacun par l'un des plans de miroirs et chacun étant sensible à des informations lues séquentiellement dans le temps dans des hologrammes alternés lors du passage dudit segment de radiation. 9.- Système de mémoire selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens connectés aux dits panneaux de détecteurs pour 10 fournir des signaux électriques correspondant aux informations lues dans les dits hologrammes.