Brevet FR2214134A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne une plaque de phase aléatoire à incorporer dans, par exemple, un système de mémoire bolographi- que en couleurs, un système de filtrage adapté multicolore et autres systèmes optiques et capable, en particulier, de donner simultanément un déphasage aléatoire aux composantes spectrales mul tipules du faisceau incident. Il est bien connu qu'une plaque de phase aléatoire, telle que représentée à la Fig. 1, dans laquelle des zones unitaires, par exemple des carrés, prévues avec un ensemble d'épaisseurs fixes respectivement, sont disposées pour donner un déphasage aléatoire unidimensionnellemcnt ou bidimensionnellement au faisceau incident, a été traditionnellement adoptée, par exemple, dans la conception d'un système de mémoire holographique, d'un système de filtrage adapté et d'autres systèmes optiques. Il va de soi que ladite épaisseur représente la longueur optique impliquant l'effet de l'indice de réfraction. Avec la conception traditionnelle de la plaque de phase, des groupes respectifs de zones unitaires ont des épaisseurs différentes, permettant ainsi à la plaque de phase dedonner un déphasage aléatoire par échelons au faisceau transmis. La Fig. l(a) représente une plaque de phase gracie à laquelle le faisceau reçoit quatre échelons de déphasage. La Fig. 2(b) est une vue en coupe transver- sale de la plaque représentée à la Fig. l(a), où 1 et 2 désignent le substrat transparent de verre ou analogue et la couche diélectrique transparente élaborée sur le substrat 1 par évaporation, respectivement.La Fig. 1(b) est donnée pour le cas-où la phase ou l'épaisseur varie en trois échelons avec l'épaisseur maximale d1 définie par dl = #1/n0 avec #1 et ng représentant la longueur d'onde et l'indice de réfraction, respectivement. Une plaque de phase classique d'un tel type peut exercer, tou tefois, l'effet de déphasage aléatoire recherché seulement sur le faisceau incident de longueur d'onde fixe et si la longueur 'onde du faisceau incident change, elle ne peut pas produire l'effet précité parce oue la phase est décalée différemment.Ainsi conventionnellement pour un système optique ett-geant une source de 1-ais- ceau de longueurs d'onde multiples, tel qu'un système de mémoire holographique en couleurs et un système de filtrage adapté multicolore, il a éte souvent nécessaire de changer les plaques de phase aléatoire correspondant à la nouvelle longueur dronte chaque fois Que ia longueur d'onde de la source de lumière est modifiée et de plus, il n'a pas été possible de faire tomber sur la plaque un faisceau ploychromatique. Un des buts de la présente invention est de proposer une plac;ue de phase aléatoire capable de donner simultanément un déphasage aléatoire aux composantes spectrales multiples du faisceau incident. La présente invention a également pour but de créer un système d'enregistrement d'hologramme de haute densité et de haute qualité en fonction d'un ensemble de longueurs d'onde spectrales sans qu'il soit necessaire pour le fonctionnement de changer les plaques de phase. La présente invention est caractérisée par la conception d'une plaque de phase dans laquelle l'épaisseur maximale pour un ensemble de zones unitaires est rendue simultanément égale aux multiples entiers des longueurs d'onde respectives associées aux composantes spectrales multiples du faisceau incident de façon à attein- dre les buts précités de la présente invention. Elle est également caractérisée par l'application de la plaque de phase possedant lesdites caractéristiques au système d'enregistrement d'hologram- me en vue d'un enregistrement polychromatique. Les Figs. 1(a) et 1(b) sont des vues en plan eut en coupe trans- versale de la plaque de phase classique, respectivement. Lå Fig. 2 est une vue en coupe de la plaque de phase réalisée selon l'invention. La Fig. 3 est le diagramme vectoriel pour indiquer le mécanis- me de fonctionnement de la plaque de phase réalisée selon l'in- vention. Les Figs. 4 et 5 représentent les dispositions du système d'en- registrement d'hologramme en. couleurs et du système de filtrage adapté multlcqiore réalisés selon l'invention, respectivement;. On considère à présent comme plaque de phase capable de procurer un déphasage aléatoire au faisceau cohérent incident de ion- gueur d'onde A1, la plaque de phase, telle que représentée à-la Fig. 1, comportant des zones unitaires carrées de déphasage qui ont différentes épaisseurs de memb-rane, respectivement, de facon' à donner un déphasage à n échelons au faisceau monochromatique incident.On supposera qu'avec ladite plaque de phase, les diffé- rences entre deux déphasages successifs gui sont donnés au faisceau par le passage à travers des zones unitaires sont toutes égales à. . Ainsi en désignant les déphasages respectifs par #. #1 ... #n-1, il s'ensuit que #n-1 = n #1, où #1 = #. Ladite plaque de phase peut etre améliorée en la rendant capable de donner un-déphasage aléatoire au faisceau, si les vecteurs phase, qui représentent les composantes de phase précitées du-faisceau transmis à travers la plaque de phase pour atteindre le milieu d'enregistrement d'hologramme, ont une somme nulle. La répartition spatiale des vecteurs phase est représentée à la Fig 3. Ainsi qu'il ressort de ladite figure, les composantes X et Y du k ième vecteur phase rk peuvent etre exprimées par = a cos #k, et (rk1y = a sin où a représente la longueur du vecteur. Ainsi, étant donné que le nombre de vecteurs est toujours'le même, . la condition précédente est satisfaite, si un jeu de vecteurs, r1 ,..., rn, ont une somme nulle. La somme des composantes X et celle des composantes Y sont données ci-dessous : pour les composantes X et pour les composantes Y les deux sommations s'annulent simultanément, si sin ## = Par conséquent n e = m # , ou 2 e = mn 2 # (3) On supposera que l'expression ci-dessus est satisraite pour le faisceau incident de longueur d'onde #1. Les équations (1) et (2) sont données en fonction de la longueur d'onde #1. La différence entre deux déphasages successifs qui sont donnés au faisceau de longueur d'onde #2 transmis à travers une telle plaque de phase egt #. = Àî e A2 comparée à ia différence G donnée au faisceau de longueur a'onde #1.Ainsi la condition pour la plaque de phase satisfaisante pour la longueur d'onde #1 le soit simultanément pour la longueurid'on- de #2 est exprimée par sin n/2 #' = sin #### # = 0 (4) Par conséquent, n A1 2 A2 (5) où j est un nombre entier. En substituant l'équation (3) dans l'équation (5), n #1 2 m # = j # ou 2 #2 n ## m = j (6) Par exemple, on peut utiliser un laser He-Ne de longueur d'onde #1 et un laser Ar de longueur d'onde #2 comme sources de faisceau avec #1 = 6328 et #2 = 4880 .Alors #1/#2 = 1,3 et par consé- quent le nombre entier minimal m qui satisfait approximativementl'équation (6) est donné par m-= 3. En substituant ceci dans l'équation (3) # = 6/n # Ainsi, il devient seulement nécessaire de concevoir la plaque de phase comportant un arrangement aléatoire de zones unitaires avec des épaisseurs données correspondant aux longueurs optiques 1/n, 2/n, ..., n/n de trois longueurs d'onde pour le faisceau de longueur d'onde #1 = 6328 . La longueur optique précitée de 3 #1 est approximativement équivalente é la longueur optique de 4#2 pour #2 = 4880 .En général, la plaque de phase est conque pour comporter une dispositIon avec des épaisseurs 1/n, 2/n; ..., n/n de la distance correspondant à la longueur optique simultanément équivalente aux multiples-entiers de #1 et de A2. Si n est 6, les déphasages donnés au faisceau incident deviennent 0, #, 2#, 3 #, , 49r et 5# . Dans ce cas des zones unItaires avec des épais- seurs correspondant aux déphasages précités sont disposées au ha- sard dans la plaque de phase avec des nombres de zones unitaires de même épaisseur tous égaux entre eux.Si un faisceau ae longueur d'onde différente est encore ajouté, il est seulement nécessaire de trouver ae façon similaire un jeu de nombres entiers minimaux avec lesquels les multiples entiers des longueurs d'onde respectives soient égaux entre eux. Toutefois, l'unique condition est que m doive satisfaire l'équation (6)-, de sorte que de nombreux entiers peuvent être adoptés en plus du nombre minimal, qui soient des multiples entiers d'un tel nombre minimal.Dans l'équation (6) m est toujours plus grand que 1 et il s'ensuit par conséquent que la plaque de phase doit être conçue de sorte que l'épaisseur ma imale pour les zones unitaires corresponde à la longueur optique plus grande qu'une longueur d'onde par rapport à chacune des com- posantes spectrales du faisceau incident. La Fig. 2 représente la coupe transversale de la placue de phase aléatoire selon l'invention, où les références apparaissant à la Fig. 1(D) désignent simultanément les mêmes objets. La Fig. 2 est donnée pour #1 = 6328 et #2 = 4888 , de sorte que l'épaisseur maximale et l'épaisseur minimale pour des zones unitaires sont donnés par d2 = ### et m x ## respectivement. La Figure 2 est donné toutefois cour n = 6, c'està-dire que six échelons d'épaisseur sont donnés à la plaque de phase, qui est comparée à la plaque de phase classique telle que représentée à la Fig 1(a) où l'épaisseur minimale est m x dl/n et n = 3. On notera que la plaque de phase réalisée selon l'invention, telle que représentée à la Fig. 2 peut être fabriquée en déposant, par exemple, un diélectrique transparent 2 sur un substrat transparent 1 de verre ou analogue selon six échelons d'épaisseur de membrane par évaporation. Bien que, dans ce qui précède, des descriptions soient faites seulement de la plaque de phase aléatoire, la présente invention est également prévue pour réaliser un système d'enregistrement d'hologramme en couleurs incorporant la plaque de phase aléatoire précitée qui ne nécessite aucun échange-de plaques de phase pour modifier la longueur d'onde d'enregistrement dans l'enregistrement de l'hologramme en fonction de longueurs d'onde multiples, c'està-dire de 1'hologramme multicolore. La Fig. 4 représente un mode de réalisation du système Q enre- gistrement d'hologramme en couleurs précité. Dans le schéma de celui-ci, des faisceaux laser de longueurs d'ondé différentes provenant de sources de faisceau laser 1 et 2 sont divisés grâce au diviseur ae faisceau 5 en faisceau objet 4 et en faisceau de référénce 5.Le faisceau agrandi 8, résultant du- faisceau objet 4 agrandi par la lentille agrandisseuse de faisceau 6 et la lentille collimatrice 7, passe à travers la lentille d'inscription 9, la plaque de phase aléatoire 13 réalisée selon la présente invention, le réseau d'échantillonnage 14, et les moyens de mise en mémoire d'information 15, et est concentré sur un matériau photosensible 16 et mélangé avec le faisceau de référence 5 pour constituer. l'hologramme. Avec l'insertion de moyens 25 déviant le faisceau, par exemple un prisme, dans le trajet du faisceau agrandi 8,. ie faisceau concentré est séparé en faisceaux de composantes spectrales respectives, comme représenté en-pointillés 10, en traits' pleins 11 et en traits mixtes 12, qui sont rassemblés sur des points de concentration 17, 18 et 19 situés sur le. matériau pnoto- sensible 16, re-spectivement.Par ailleurs, le faisceau de référence 5 qui est réfléchi par le miroir 24 tombe sur le déflecteur 23 pour entre divisé en faisceaux de composantes spectrales respectives, comme illustré par les pointillés 20, le trait plein 21 et le trait mixte 22, qui sont concentrés sur les points de concentration précités 17, 18 et 19 pour.former des hologrammes. Un laser o - o, He-Ne (6328 A) et un laser 'Ar (4880 A, 5145 A), par exemple, peuvent être utilisés comme sources de faisceau'l et 2. Ainsi des hologrammes monochromatiques sont produits aux points de concentration 17, 18 et L9, respectivement, en tant que spectres rouge, vert et bleu. Si des images de couleurs respectives sont reproduites simultanément à partir de tels hologrammes, elles se recouvrent les unes les autres à l'endrbit-15 où les'moyens 15. de mise en mémoire de l'information initiale sont situés. On notera qu'un film couleurs peut etre utilisé pour de tels moyens de mise en mémoire d'information. Ainsi l'utilisation de la plaque de phase aléatoire selon la présente invention supprime le besoin de changer les plaques de phase aléatoire chaque fois que la longueur d'onde de la source de faisceau est modifiée. De pîu's une telle caractéristique ce la plaque de phase aléatoire précite rcnc possible un enregistrement simultané d'hologrammes à diffrentes longueurs d'onde par 1 ' & - plol dix faisceau laser provenant d'un ensemble de sources de faisceau. On examinera ci-après les caractéristique de l'hologramme en couleurs ainsi réalisé. Pour la simplicité, on commencera avec l'enregistrement d'un 'nologrmme monochromatique. Si le faisceau laser qui est transmis à travers la lentille est seulement passé à travers les moyens de mise en mémoire d'information 15, le faisceau portant l'information est, ainsi'qu'il est bien connu, concentré plut8t-localement sur le matériau photosensible. Ceci est dû au fait que l'information d'image, etc. contient, en général, toute une série de composantes à basse fréquence.La dIfficulté qui vient d'etre évoquée peut être aplanie par l'insertion Q un réseau 14 et d'une plaque de phase aléatoire 13 dans le trajet optique, qui agissent conjointement pour empêcher cu'un tel faisceau portant l'information d'etre concentré localement et pour disperser uniformément sur le matériau photosensible le faisceau concentré. C'est-å-dire que le faisceau portant l'information à enregistrer en tant qu'hologramme est divisé et échantillonné par le réseau 14 de, par exemple, trous circulaires'ou carrés en dessous du pouvoir de résolution de l'oeil pour extraire seulement llinformation nécessaire. Ensuite-le faisceau reçoit un déphasage aléatoire en ce qui concerne les composantes multi-spectrales du faisceau en faisant passer les faisceaux échantillonnés en des points d'échantillonnage respectifs à travers la plaque de phase 13 qui est uniforme pour chacun des faisceaux échantillonnés, mais capable de donner un déphasage aléatoire à 1'ensemble des faisceaux échantillonnés.Un effet. d'auto-corrélation entre les faisceaux échantillonnés peut être évité par une telle conception, de sorte que d'excellentes images de haute densité peuvent être reproduites sans tachetures. Ainsi une image colorée de haute qualité peut être obtenue en superposant de façon incohérente les images respectives qui sont reproduites à partir d'holograrnmes de haute qualité en spectres de couleurs respectives.De plus, les hologrammes respectifs peuvent être enregistrés à haute densité atteignant la limite théorique et par conséquent même avec l'enregistrement d'hologrammes multiples la surface totale de l'enregistrement peut être rendue petite de sorte qu'il est naturel que 1'hologramme en couleurs puisse être réalisé avec une qualité et une densité incom parablement élevées. -On notera que le réseau pour échantillonner le faisceau portant l'information n'est pas toujours nécessaire par ce que la forme des zones unitaires constituant la plaque de phase aléatoire peut être réalisée de façon à remplacex le réseau. La Figure 5 représente un autre mode de réalisation de la présente invention qui concerne un système de filtrage adapté multi colore. Sur le schéma, les faisceaux de différentes longueurs d'onde provenant des sources de faisceau 26 et 27 sont réunis par un diviseur de faisceau 28 pour constituer un faisceau polychroma- tique qui passe à travers la lentille agrandisseuse de faisceau 29 et la lentille collimatrice 30 pour émerger en tant que faisceau parallèle agrandi 31. Le faisceau est ensuite transmis à travers des configurations colorées inconnues 32 et la plaque de phase aléatoire 39 réalisée selon l'invention et après le passage à travers la lentille focalisatrice 33, concentré sur l'hologramme 34.Dans ledit hologramme des configurations de différents types sont enregistrées auparavant sous forme ae transformées de Fourrier par rapport aux spectres de couleurs respectives. Si lesdites configurations Inconnues coïncident avec la configuration enregistrée sur l'hologramme, un faisceau diffracté 35 émerge de l'hologramme, qui est concentré sur le détecteur 37 ou 30 par la lentille 36 en vue de la détection. Si à présent des configurations très similaires entre elles, par exemple, les lettres 0 et , sont formées sur la configuration inconnue 32 en couleurs différentes, des faisceaux 35 différents l'un de l'autre en direction sont diffractés à partir de l'hologramme 34 : par exemple, le faisceau pour O et le faisceau pour Q sont concenirés sur des détecteurs 38 et 37, respectivement, permettant une différentiatlon précIse entre les configurations.Les intensités des faisceaux diffractés dépendent de la qualité de l'hologramme 34, de sorte qu'il est nécessaire d'enregistrer l'hologramme avec la qualité la plus élevée, a plaque de phase aléatoire pour faisceau polychromatique réalisée selon l'invention peut être utilisée pour enregistrer un hologramme 34 de haute qualité. Comme mentionné ci-dessus, la plaque de phase aléatoire selon l'invention peut donner de façon parfaite un déphasage aléatoire aux composantes spectrales d'un faisceau polychromatique, de sorte qu'elle peut donner une grande commodité aux conceptions des systèmes de mémoire holographique en couleurs, aux systèmes des filtrage adapté multicolore et à d'autres systèmes optiques. R~VS DICATIbi-S 1 - Plaque de phase aléatoire, caractérisée en ce vu'elle coïn porte un ensemble d'éléments déphaseurs disposés de façon adjacente entre eux selon une disposition aléatoire, et possédant un ensen;- ble d'épaisseurs optiques effectives aifférentes, de façon à provoquer des déphasages aléatoires aux composantes spectrales respectives d'un faisceau de lumière polychromatique tombant sur ceux-ci, et en ce que l'épaisseur optique de ces éléments qui ont l'épaisseur optique maximale parmi ledit ensemble d'éléments est un multiple entier de chacune des composantes spectrales dudit faisceau de lumière polychromatique. 2 - Plaque de phase aléatoire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit multiple entier est le multiple entier le plus petit possible de chacune desdites composantes spectrales, de façon que ladite épaisseur optique maximale soit effectivement diminuée. 3 - Plaque de phase aléatoire selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit ensemble d'éléments est constitué par un réseau bidimensionnel desdits éléments répartis de façon aléatoire. 4 - Plaque de phase aléatoire selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit réseau d'éléments est constitué d'une base support transparente à la lumière sur laquelle un ensemble de zones unitaires de matériau ayant des épaisseurs optiques différentes correspondant à chacun desdits éléments sont disposées. 5 - Dispositif d'enregistrement dthologrammes-en couleurs, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de sources de faisceaux engendrant un ensemble de faisceaux de lumière cohérente ayant différentes longueurs d'onde; des moyens optiques pour combiner ledit ensemble de faisceaux en un faisceau unique contenant chacune desdites longueurs' d'onde différentes et pour séparer ledit faisceau unique en un faisceau objet à longueurs d'ondes multiples et en un faisceau de référence à longueurs d'onde multiples le long de trajets optiques respec vivement distincts; des premiers moyens de séparation disposés sur le trajet optique dudit faisceau objet pour séparer les composantes spectrales dudit faisceau objet se déplaçant le long dudit trajet;; une plaque de phase unique effectuant ensemble de déphasages simultanés répartis de façon aléatoire pour les composantes spec traIes séparées par lesdits premiers moyens de séparation;; ladite plaque de phase unique comportant un ensemble d'éléments déphaseurs disposés de façon adjacente entre eux selon une dispo sition aléatoire, et possédant un ensemble d'épaisseurs optiques effectives différentes de façon à provoquer des déphasages aléatoires aux composantes spectrales respectives d'un faisceau de lu mièvre polychromatique incident, et en ce que l'épaisseur optique de ces éléments qui ont l'épaisseur optique maximale 'parmi ledit ensemble d'éléments est un multiple entier de chacune des composantes spectrales dudit faisceau de lumière polychromatique; des moyens diviseurs de faisceau pour diviser lesdites composantes spectrales déphasées de façon aléatoire dudit faisceau objet en une pluralité de petits faisceaux;; des moyens de mise en mémoire d'information couleur disposés sur le trajet dudit ensemble de petits faisceaux à partir desdits moyens diviseurs de faisceau pour conférer une information couleur auxdits petits faisceaux; un milieu photosensible sur lequel les faisceaux passant à travers lesdits moyens de mémoire d'informations couleurs frappent; et, des seconds moyens de séparation, disposés sur le trajet optique dudit faisceau de référence pour diriger chaque composante spectrale respective constituant ledit faisceau de référence-sur cette position dudit milieu photosensible sur lequel frappent les composantes spectrales respectives dudit faisceau objet. 6 - Système de filtrage adapté multicolore, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de sources de faisceau engendrant un ensemble de faisceaux de lumière cohérente ayant des longueurs d'onde difré- rentes; des moyens optiques pour combiner ledit ensemble de faisceaux en un seul faisceau collimaté contenant chacune desdites longueurs d'onde différentes; des premiers moyens de mémoire d'information disposés sur le trajet optique dudit faisceau coîlimaté unique pour conférer audit faisceau une première information couleur prescrite qui y est mise en mémoire;; une plaque de pilase unique e'feotuant un ensemble de déphasages répartis de façon aléatoire aux composantes spectrales respect I ves passant à travers lesdits premiers doyens de mémoire d'infor- maton;; ladite plaque de phase unique comportant un ensemble d'éléments déphaseurs disposés adjacents entre eux selon une disposition aléatoire, et ayant un ensemble d'épaisseurs optiques effectives différentes, de façon à provosiuer des déphasages aléatoires aux composantes spectrales respectives d'un faisceau de lumière polychromatique incident, et en ce que l'épaisseur optique de ces éléments qui ont 'l'épaisseur optique maximale parmi ledit ensemble d'éléments est un multiple entier de chacune des composantes spectrales -dudit faisceau de lumière polychromatique;; des seconds moyens de mémoire d'information disposés sur le trajet des faisceaux partiels émergeant de ladite-plaque de phase, contenant l'information dthologramme multicolore prescrite; des premiers moyens de focalisation disposés entre ladite plaque de phase et lesdits seconds moyens de mémoire d'information, pour focaliser les faisceaux partiels passant à travers ladite plaque de phase dans lesdits seconds moyens de mémoire d'information, pour engendrer ainsi un ensemble de faisceaux diffractés; et un ensemble de détecteurs optiques disposés pour recevoir ledit ensemble de faisceaux diffractés, et engendrer des signaux de sortie respectifs représentatifs de la correspondance entre des configurations d'information respectives mises en mémoire dans lesdits premiers et seconds moyens de mémoire d'information 7 - Système de filtrage adapté multicolore selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des seconds moyens de focalisation disposés entre lesdits seconds moyens de mémoire d'infirmation et ledit ensemble de détecteurs'optiques, pour focaliser lesdits faisceaux diffractés sur lesdits détecteurs optiques.