Brevet FR2254811A1 — publié le 19750711

La présente invention se rapporte å l'holographie et a trait plus particulièrement à une mémoire holographique ainsi qu'à un système d'enregistrement holographique. Une mémoire holographique utilise un support de mémorisation sur lequel sont emmagasinés de nombreux hologrammes individuels. Chaque hologramme représente un motif de bits différent ou "page". Une information est mémorisée en dirigeant un faisceau d'information et un faisceau de référence sur un etplacement désiré du support de mé morisation. Le faisceau d'information qui contient un motif de bits formé par un composeur de pages, coopère avec le faisceau de référence póur former l'hologramme.Pour lire l'information on utilise un faisceau de lecture qui éclaire sélectivement un desholograirnes emmagasinés de façon à produire une image reconstituée du motif de bits emmagasiné dans l'holograinme. On dispose un réseau de p#oto-détecteurs pour détecter les bits individuels dans le motif reconstitué. La mémoire holographique constitue une forme extrêmement intéressante de mémoire de masse. Dans une mémoire optique du type "bit-par-bit", un seul spot enregistré sur le support de mémorisation représente seulement un bit d'information. Dans une mémoire holographique d'autre part, un seul hologramme du même support de mémorisation peut représenter une page contenant jus qutå 105 bits. On a proposé des mémoires contenant 105 ou 1Q6 pages, chaque page contenant environ 105 bits. Un autre avantage de la mémoire holographique est que 1' in- formation emmagasinée dans 1 'hologramme est répartie uniformément dans celui-ci au lieu de litre dans des zones distinctes. 1'hologramme est par conséquent relativement insensible à des imperfections ou à un encrassement du support de mémorisation. Une petite imperfection ou une particule de poussière se trouvant sur le support de mémorisation ne peut pas masquer un bit d'information nunérique comme cela se produirait dans une mémoire bit-par-bit. En dépit de recherches intensives effectuées ces dernières années, on n'a pas pu obtenir pour les mémoires holographiques le développement escompté. On a constaté que la mise au point d'une mémoire holographique présentant une capacité de mémorisation de 1010 à 1011 bits était affectée par des limitations de performance de certains des composants de la mémoire holographique. En particulier on a rencontré des difficultés avec les déflecteurs de faisceaux lumineux et les composeurs de pages nécessaires pour produire une mémoire holographique de haute capacité.Avec la technologie actuelle de déviation des faisceaux lumineux, on n'est pas capable de produire le grand nombre de positions né- parables de faisceaux à des vitesses d'accès qui conviennent pour une mémoire holographique de grande capacité. En outre, on n'a pas encore mis au point un composeur de pages satisfaisant qui soit capable de produire un réseau bi-dimensionnel de 104 ou 105 bits. Dans un tel composeur de pages de grande capacité, on rencontre des difficultés pour effectuer l'adressage des ditZé- rents bits. Si on utilise un adressage rangée-par-rangée pour réduire le temps de composition ou d'établissement du réseau de bits, la matière optiquement active du composeur de pages doit également présenter des caractéristiques de mémoire.Un composeur de pages satisfaisant à ces différents impératifs contradictoires a évidemment posé des difficultés aux chercheurs. Suivant l'invention, il est prévu un système holographique comprenant un support de mémorisation capable d'emmagasiner des hologrammes; une source lumineuse pour produire un faisceau d'information et un faisceau de référence; un composeur de pages placé dans le trajet du faisceau d'information pour créer un réseau de m x n bits dans le faisceau d'information, m étant bien plus grand que n ; un moyen de transformation de Fourier pour produire une transformation unidimensionnelle de Fourier du réseau de m x n bits sur le support de mémorisation; des moyens pour diriger les faisceaux d'information et de référence vers une position commune sur le support de mémorisation de manière que ces faisceaux coopèrent pour emmagasiner un hologramme de transformation unidimensionnelle de Fourier dont la dimension allongée est orientée dans une première direction et dont les lignes de franges d'interférence sont orientées dans une seconde direction essentiellement orthogonale; ainsi que des moyens pour faire déplacer le support de mémorisation par rapport aux faisceaux d'information et de référence essentiellement dans la seconde direction. Dans la présente description, l'expression "hologramme de transformation unidirectionnelle de Fourierw se rapporte à un hologramme de transformation de Fourier comportant une première dimension qui est bien supérieure à la seconde dimension. Cette première dimension sera appelée la dimension "allongée". Un hologra# de transformation unidiiensionnelle de Fourier peut Outre formé à partir d'un réseau unidimensionnel de bits et plus généralement à partir d'un réseau de bits organisé suivant une natrice X x n, où m est bien supérieure à n. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels - Fig. 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système holographique suivant l'invention, - Fig. 2 montre l'intersection sur un support de mémorisation de faisceaux d'information et de référence du système de la Fig. 1, - Fig. 3a, 3b, 3c et 3d montrent des franges d'interférence obtenues å partir d'hologrammes de transformation bidimen sionnelle de Fourier, - Fig. 4 montre le système optique utilisé en coopération avec un composeur de pages dans le système de la Fig. 1 afin de former un hologramme de transformation unidimensionnelle de Fourier, - Fig. 5 est une section droite d'un support de mémorisation photoconducteur /thermoplastique qui peut être utilisé dans le système holographique de la Fig. I, et - Fig. 6 montre un composeur de pages unidimensionnel qui peut être utilisé dans le système holographique de la Fig. 1. En référence à la Fig. 1, le système holographique comprend un support de mémorisation 10 mobile dans lequel sont emmagasinés des hologramaes de transformation unidimensionnelle de Fourier lOa. Corne indiqué sur la Fig. 1, le support de mémorisation 10 se présente sous la forme d'une bande mobile dans la direction de la flèche lOb. Le système holographique comprend une source lumineuse 11, un composeur de pages 12, une lentille de transformation de Fourier 13, un groupe de photo-détecteurs 14, des diviseurs de faisceaux#5, 16, un système optique de concentration de faisceaux 17 et des miroirs 18, 19, 20 et 21. Il est prévu des modulateurs 24 et 25 qui sont placés respectivement dans le faisceau d'enregistrement 31 et dans le faisceau de lecture 32. Lorsque le support de mémorisation 10 est consti tué par une structure photo-conducteur - matière thermoplasti- que, un moyen de charge électrique, qui est représenté sous la forme d'un fil de décharge corona 22, et un dispositif de chauffage 23 sont également nécessaires pour former I 'holograne. On doit également prévoir des moyens pour mettre à la masse la structure photo-conducteur - matière thermoplastique. La mise à la masse est nécessaire pour que les ions chargés provenant du fil corona 22 soient attirés vers la matière thermoplastique. La source lumineuse 11 produit un faisceau lumineux 30 qui est divisé par un diviseur de faisceaux 15 à prisme Glan en un faisceau d'enregistrement 31 et un faisceau de lecture 32. Le faisceau d'enregistrement 31 est ensuite divisé par un diviseur 16 en un faisceau d'information ou de signal 31s et un faisceau de référence 31r placés dans un plan commun. Le faisceau d'information 31s passe par le composeur de pages 12 qui crée un motif de bits allongé dans le faisceau 31s. La lentille de trans- formation de Fourier 13 produit une transformation unidimensionnelle de Fourier du motif de bits allongé sur le support de néno- risation 10.Le faisceau de référence 31r et le faisceau d'information 31s coopèrent sur lè support de mémorisation 10 pour produire un hologramme de transformation unidimensionnelle de Fourier. Comme indiqué sur la Fig. 2, l'orientation du faisceau de référence 31r et du faisceau d'information 31s est telle (les faisceaux 31r et 31s étant dans un plan commun) que deux conditions soient satisfaites . La première condition est que l'hologramme 10a qui est emmagasiné sur le support de mémorisation 10 soit un hologramme de transformation unidimensionnelle de Fourier dont la dimension longitudinale est essentiellement perpendiculaire à la direction de déplacement du support de mémorisation. Cette orientation de l'hologramme de transformation de Fourier est importante du fait qu'elle favorise l'obtention de la densité maximale d'emmagasinage d'hologrammes. La seconde condition, qui est meme plus importante, est que les franges d'interférence de l'hologramme soient orientées parallèlement au mouvement de bande lOb. L'importance d'avoir des franges d'interférence orientées parallèlement au mouvement du support de mémorisation a été mise en évidence sur les Fig. 3a à 3-d. Les Fig. 3a et 3b représentent des hologrammes de transformation unidimensionnelle de Fourier dont les dimensions longitudinales sont orientées essentiellement perpendiculairement & la direction de-mouvement lOb du support de mémorisation 10. Sur les deux figures 3a et 3-b, l'infôrmation est emmagasinée dans une direction perpendiculaire au mouvement de la bande. Sur la Fig. 3ailes franges d'interférence sont essentiellement parallèles à la direction de mouvement. Sur la Fig. 3b dtautre part, les franges d'interférence sont perpendiculaires à la direction de mouvement.On peut voir que la condition d'enregistrement de l'hologramme de transformation de Fourier de la Fig. 3a est bien plus sévère que celle concernant l'hologramme de la Fig. 30. Sur la Fig. tt, les franges dtinterférence sont perpendiculaires å la direction de mouvement de sorte que le temps maximal d'exposition pour ltenregistrement de l'hologramme doit être inférieur au temps pendant lequel le support de mémorisation se déplace d'une distance correspondant à une fraction d'une frange ~'interférence. Sur la Fig. 3 d'autre part, les franges d'interférence sont orientées parallèlement à la direction de mouvement de sorte que le temps maximal d'exposition peut être bien plus long sans affecter l'hologramme. Les Fig. 3g et 3d sont caractérisées en ce que la dimension longitudinale est orientée parallèlement au mouvement de bande lOb . Sur la Fig. 3c, les franges sont orientées perpendiculairement au sens de déplacement de la bande; sur la Fig. 3d, les franges d'interférence sont orientées parallèlement à ce mouvement. Dans chaque cas cependant l'information est emmagasinée dans la direction de déplacement de la bande. Il en résulte que les hologrammes des Fig. 3c et 3d sont soumis aux mêmes conditions sévères d' enregistrement que celles indiquées en référence à la Fig. 30. La Fig. 4 montre un système de génération du faisceau d'information ou de signal 31s. Une lentille de transformation de Fourier partiellement cylindrique 13 produit une convergence sui vant la largeur Wx du faisceau d'information 31s suivant la dimension x tandis qu'une lentille partiellement cylindrique 26 produit une convergence de la profondeur Wy du faisceau de signal 31s suivant la dimension y. La lecture des hologrammes est assurée par le faisceau de lecture 32. Les miroirs 20 et 21 dirigent le faisceau de lecture 32 sur un hologramme unidimensionnel se trouvant sur le support de mémorisation 10. La partie difractée du faisceau de lecture 32 produit une image reconstituée du motif de bits emmagasiné dans l'hologramme. Le groupe de détecteurs 14 qui est constitué par un réseau de m x n détecteurs est positionné de façon à recevoir l'image reconstituée du motif de bits. Comme indiqué sur la Fig. 1, le faisceau de lecture 32 est de préférence le conjugué complexe du faisceau de référence 31r de sorte qu'on obtient une lecture d'image réelle. Cela élimine la nécessité de prévoir une lentille de lecture. Bien que le support de mémorisation 10 puisse être formé d'une matière pouvant emmagasiner des hologrammes, il est préfé- rable de choisir une structure photo-conducteur - matière th.rmo- plastique qui est similaire a celle indaquee sur la Fig. 5. Le support de mémorisation comprend un film de base transparent 50, un conducteur transparent 51, une couche photo-conductrice 52 et une couche en matière thermoplastique 53.Les principes de l'emmagasinage holographique sur un support de mémorisation constitué par un photo-conducteur - matière thermoplastique ont été décrits par L,H. Lin et H.L. Beauchamp dans l'article bRead - Write Brase in Situ Optical Memory Using Thermoplastic Holograms" de la revue "Applied Optics,#, 2088 (1970)fil; par J.C. Urbach et R.W. Meier dans l'article nlliermoplastic Xerographic Rolographyk, de la revue "Applied Optics,#,666 (1966); et par P.L.Credell et F.W. Spong dans 11 article "Ehermoplastic Media for Holographic Recordingw de la revue "RCA Review, ZZ,,206 (1972)". Les phases de l'enregistrement holographique sur une structure constituée par un photo-conducteur et une matière thermoplastique consistent en une charge électrostatique, en une exposition, en une recharge et en un développement thermique. Sur la Fig. 1, les phases de charge et de recharge sont exécutées à l'aide du fil corona 22, la phase d'exposition est exécutée par le faisceau de référence 31r et le faisceau d'information 31s tandis que la phase de développement thermique est effectuée par le dispositif de chauffage 23. Un enregistrement holographique sur une structure constituée par un photo-conducteur et une matière thermoplastique présente plusieurs avantages. En premier lieu d'hologramme résultant est un hologramme en phase présentant un grand rendement de lecture, typiquement de 10 à 20 %. En second lieu l'hologramme enregistré dans la couche de matière thermoplastique peut être effacé par une impulsion de chaleur ayant une durée supérieure & celle utilisée pour le développement de l'hologramme. L'aptitude d'effa cement d' hologrammes enregistrés permet d'utiliser le système pour une mémorisation holographique modifiable. Le système représenté sur la Fig. 1 remédie A deux des inconvénients rencontrés lors de la conception d'une mémoire holographique. Les limitations actuelles concernant la technologie des déflecteurs n'affectent pas les pèrformances du système holographique suivant l'invention puisqu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un déflecteur de faisceaux lumineux. Les hologrammes individuels sont adressés en utilisant un support de mémorisation mobile. Les impératifs concernant le composeur de pages sont grandement simplifiés dans le système holographique décrit ci-dessus. Â la différence des autres systèmes holographiques qui font intervenir un composeur de pages bidinensionnel, le système holographique de 1' invention fait intervenir de préférence un composeur de pages unidimensionnel. L'utilisation d'un composeur de pages unidimensionnel simplifie grandement la configuration des électrodes puisque des fils individuels sont aisément reliés de façon à former un réseau unidimensionnel0 En outre, on peut utiliser un adressage en parallèle pour réduire le temps de composition du composeur de pages sans faire intervenir une matière de composeur présentant une capacité de memorisation. Pour cette raison, on peut utiliser une matière du type "slim loop PLUT" ou des cristaux liquides comme matière de 'composition de page pour des composteurs unidimension- nels.Dans un composeur bidimensionnel de pages d'autre part, la matière de composition doit présenter une capacité de mémorisation lorsqu'on doit employer un adressage en parallèle. La Fig. 6 représente un composeur de pages qui peut être utilisé avec le système de la Sig. 1. Le composeur de pages est formé par un corps 60 en matière électro-optique tel qu'une substance céramique à base de titanate-zirconate de plomb modifié par du lanthane (PLZ). Une électrode de base transparente 61 recouvre la surface arrière du corps électro-optique 60. Sur la surface avant, on a forié des conducteurs transparents individuels 62. La partie du corps électro-optique 60 qui se trouve entre chacun des conducteurs transparents 62 et l'électrode de base 61 forme une valve lumineuse individuelle. Les valves de lumière individuelles sont commandées par application d'un champ électrique entre un conducteur transparent 62 et une électrode de base 61. En conclusion, le système holographique de l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux systèmes connus. En premier lieu, le support de mémorisation est transportable, remplaçable, stockable, modifiable et interchangeable. En second lieu, le système holographique de l'invention ne nécessite pas un dispositif de déviation de faisceaux lumineux qui soit capable de produire un grand nombre de spots discernables. En troisième lieu le système réduit grandement les impératifs concernant le composeur de pages. En quatrième lieu, le système permet d'obtenir un enregistrement et une lecture sans contact de la bande. Cela élimine les problèmes d'usure mécanique qui se posent avec les enregistreurs & bande magnétique. En cinquième lieu le faisceau do référence peut être codé de façon à obtenir une sécurité d'enregistrement de l'information à condition que le code soit secret. Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. Ainsi, bien que le support de mémorisation ait été représenté sous la forme d'une bande, va de soi qu'il peut aussi se présenter sous la forme d'un disque ou d'un tambour mobile. Dans chaque cas cependant, les hologrammes de transformation unidimensionnels de Fourier qui sont enregistrés ont leurs dimensions longitudinales orientées-essentiellement normalement à la direction de déplacement du support de mémorisation et les franges d'interférence sont essentiellement parallèles å la direction de mouvement. Comme sources lumineuses, on peut utiliser avantageusement des lasers semi-conducteurs puisque le profil du faisceau produit par un laser semi-conducteur est typiquement allongé. Cela peut simplifier la conception du dispositif optique d'enregistrement et de lecture. Bien qu'on ait représenté et décrit plus particulièrement un système de charge du type corona, il va de soi qu'on peut employer d'autres techniques de charge, par exemple un système de charge tribo-électrique. Il est également possible d'envisager un système séparé pour lire l'hologramme se trouvant sur la bande. En d'autres termes, les hologrammes n'ont pas besoin d'être lus sur le même système que celui où ils ont été enregistrés. REVENDICÂTIONS 1. Système holographique caractérisé en ce qu'il comprend un support de mémorisation capable d'emmagasiner des hologrammes; une source lumineuse pour produire un faisceau dtinformation et un faisceau de référence ; un composeur de pages placé dans le trajet du faisceau d'information pour créer un réseau de m x n bits dans le faisceau d'inforrnation, m étant bien plus grand que n; un moyen de transformation de Fourier pour produire une transformation unidimensionnelle de Fourier du réseau de m x n bits sur le support de mémorisation; des moyens pour diriger les faisceaux d'information et de référence vers une position commune sur le support de mémorisation de manière que ces faisceaux coopèrent pour emmagasiner un hologramme de transformation unidimensionnelle de Fourier dont la dimension allongée est orientée dans une première direction et dont les lignes de franges d'interférence sont orientées dans une seconde direction essentiellement orthogonale; ainsi que des moyens pour faire déplacer le support de mémorisation par report aux faisceaux d'informationet de référence essentiellement dans la seconde direction. 2. Système holographique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour produire un faisceau de lecture, un moyen pour diriger le faisceau de lecture sur un hologramme enregistré sur le support de mémorisation et un groupe de m x n détecteurs pour recevoir l'image reconstituée de ltholo- gramme produit par une partie diffractée du faisceau de lecture, 3. Système holographique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de direction de faisceau de lecture dirige ce faisceau sur un hologramme de manière que le faisceau de lecture soit essentiellement le conjugué complexe du faisceau de référence utilisé pour emmagasiner l'hologramme. 4. Système holographique suivant l'une quelconque des revendications 1 A 3, oaractérisé en ce que le support de mémorisation a une forme de bande. 5. Système holographique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le support de mémorisation comprend des couches de matière thermoplastique et de matière photo-conductrice qui sont déposées sur une bande. 6. Système holographique suivant l'une quelconque des revendications 1 å 5, caaactérisé en ce qu'il comprend un moyen de charge pour déposer une charge électrique sur la surface du support de mémorisation avant l'exposition de ce support aux faisceaux d'information et de référence et un dispositif de chauffage pour chauffer la couche dè matière thermoplastique afin de la ramollir pour produire un motif de ddformation correspondant à l'hologramme de transformation unidimensionnel de Fourier. 7. système holographique suivant la revendication 6, carac terse en ce que le moyen de charge comprend une source corona. 8. Système holographique suivant la revendication 6, ca ractérisé en ce que le moyen de charge comprend un système de charge tribo-electrique. 9. système holographique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le support de mémorisation comprend des couches de matière thermoplastique et de matière thermo-conduc- trice déposées sur une bande revêtue d'une couche conductrice.