Brevet FR2466042A1 — publié le 19810327

i 2466042 L'invention se rapporte au domaine de l'enregistrement holo- graphique et a plus particulièrement pour objet un dispositif d'enregistrement holographique avec amplification de l'onde objet et un système de traitement d'information comportant un tel dis- positif. Dans les dispositifs d'enregistrement holographiques connus, l'hologramme d'un objet est enregistré à partir de l'onde objet diffractée par l'objet dont on souhaite enregistrer l'hologramme et d'une onde de référence correspondante. D'une manière générale, pour que l'hologramme ainsi enregistré soit de bonne qualité, le contraste des franges enregistrées étant tel que la restitution d'une image de l'objet au moyen d'un front d'onde de restitution soit effectuée dans de bonnes conditions, il est nécessaire d'uti- liser un front d'onde objet oui avant éclairement de l'objet soit suffisamment énergétique pour que le front d'onde objet diffracté interfère avec le front d'onde de référence dans le support d'en- registrement holographique dans de bonnes conditions. En général un compromis doit être trouvé entre l'énergie transportée par le faisceau objet et les qualités du support d'enregistrement pour obtenir une image de bonne qualité. Les supports photosensibles conventionnels susceptibles d'être utilisés comme supports d'enregistrement holographique peuvent atteindre de grandes surfaces mais ils n'ont dans ce cas, que des qualités optiques moyennes et nécessitent pour l'obtention d'une image correcte une grande énergie d'inscription. Des supports beaucoup plus performants, présentant une très haute résolution et ne nécessitant qu'une énergie d'inscription assez faible, ont été mis au point par exemple les cristaux élec- tro-optiques et photoconducteurs type BSO, mais ils ne sont obte- nus qu'en petites surfaces et ne peuvent donc permettre l'enregis- trement tridimensionnel d'objets de très grandes surfaces. De plus, dans les dispositifs d'enregistrement holographique usuels la source utilisée doit avoir une longueur de cohérence suffisante pour que l'enregistrement des franges, obtenues par su- perposition dans le matériau des fronts d'onde objet et référence) soit effectué dans des-conditions optimum quant à leur contraste. L'invention a pour objet un dispositif d'enregistrement holo- 2 2466042 graphique permettant d'effectuer l'enregistrement d'hologrammes d'objets de très grande surface en utilisant des supports photo- sensibles de qualité moyenne mais disponibles en grandes dimen- sions, ce dispositif ne nécessitant qu'une source ayant une lon- gueur de cohérence réduite. Suivant-l'invention, le dispositif d'enregistreoent holographique comportant une source lumineuse, un dispositif optique formant à partir de l'onde lumineuse émise par la source une onde objet et une onde de réfé- rence et, un support d'enregistrement holographique est principalement locaractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d' amplification rece- vant l'onde objet diffractée par l'objet à analyser et deux ondes de pompage contra-progressives dans le dispositif d'amplification de même fréquence que l'onde objet pour générer une onde amplifiée conjuguée de l'onde objet, le dispositif d'enregistrement compor- tant de plus des moyens optiques dirigeant l'onde amplifiée et l'onde de référence vers le support holographique pour l'enregis- trement. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. La figure 1 représente schématiquement une cellule d'ampli- fication utilisable dans le dispositif d'enregistrement selon l'invention; La figure 2 représente schématiquement le dispositif d'enre- gistrement holographique selon l'invention. Pour l'enregistrement d'hologrammes d'objets de grande surfa- ce, le premier problème à résoudre est l'éclairement de l'objet; en effet, pour que l'onde diffractée par l'objet puisse être uti- lisée pour interférer avec l'onde de référence dans le support d'enregistrement, il faut que l'énergie transportée par cette onde et captée par le système optique soit suffisante, ce qui ne peut être réalisé qu'avec un faisceau objet incident de très grande énergie lorsque la surface d'onde est très étendue. En effet, seu- ) le une très faible partie du rayonnement est captée de l'ordre de 103 à 104 fois l'énergie incidente. Pour éviter ce problème, le dispositif selon l'invention com- porte un dispositif d'amplification du front d'onde diffracté par l'objet, le front d'onde amplifié étant seulement alors diri- gé vers le support d'enregistrement holographique pour y inter- férer avec le front d'onde de référence. Du fait de cette amplification, le faisceau incident sur l'objet peut ne transporter au'une énergie assez faible, et ce- pendant l'enregistrement holographique est obtenu dans de très bonnes conditions sur un support holographique conventionnel. Le dispositif d'amplification représenté schématiquement sur la figure 1 comporte un milieu d'interaction non linéaire tel qu'une onde objet incidente Zo de vecteur d'onde ?1 et deux ondes de "pompe" planes E2 et E de même longueur d'onde que l'onde objet de vecteurs d'onde et e3 tels que K2 + K3 (se propageant donc dans des directions opposées), interagissent dans le milieu non linéaire pour générer une onde E4 de vecteur d'onde K? conjuguée de l'onde objet incidente Zo. Lorsque le coefficient de couplage du milieu d'interaction et la longueur d'interaction sont convenablement choisis, l'onde E4 est ampli- fiée par rapport à l'onde incidente Z0, cette amplification s'effectuant par transfert d'énergie des ondes pompesvers l'onde conjuguée de l'onde objet incidente. Pour cela, il est nécessaire que les deux ondes de pompage E2et E3 soient suffisamment éner- gétiques, de façon que la polarisation diélectrique du matériau induite par ces champs électriques de grandes intensités permette- par mélange-non linéaire le transfert d'énergie vers le front d'onde conjugué. Le milieu d'interaction non linéaire peut être une cellule à vapeur de sodium ou à sulfure de carbone CS2 par exemple. Dans un tel milieu, avec des ondes de longueur d'onde A = 5890 A, lorsque la longueur d'inte- raction est L = 5 cm et que les faisceaux pompe ont une intensité de l'ordre de 40 KW/cm, la source étant un laser pulsé dont les impulsions lumineuses durent 6 ni le coefficient d'amplification de l'onde conjuguée par rapport à l'onde incidente peut être de l'ordre de 100. Toutes les ondes ayant la même longueur d'onde, le milieu se comporte comme un amplificateur d'image multimode dans lequel l'adaptation de phase est toujours réalisée. Une telle cellule d'amplification non linéaire ne possède aucun effet de rémanence, la restitution d'un front d'onde con- jugué du front d'onde incident peut donc être obtenue en continu pendant une durée non limitée. Une telle propriété est particuliè- rement intéressante lorsque l'on souhaite effectuer une succes- sion d'enregistrement holographiques correspondant à des images d'un objet en mouvement, le front d'onde diffracté par l'objet variant de manière continue et le front d'onde conjugué amplifié par la cellule d'amplification non linéaire suivant alors les mêmes variations. Le dispositif d'enregistrement holographique représenté sur la figure 2 comporte un tel dispositif d'amplification. Ce dispositif d'enregistrement comporte une source laser 1 à partir de laquelle sont formés tous les faisceaux utiles, c'est à dire le faisceau incident sur l'objet, les faisceaux "pompe? pour le dispositif d'amplification non linéaire, et le faisceau de référence dirigé vers le support d'enregistrement holographi- que. Le dispositif optique permettant de former ces différents faisceaux est décrit ci-après de manière non limitative. Il-com- porte un séparateur de faisceau permettant de former par réflexion le faisceau incident sur l'objet; ce faisceau est dirigé vers l'objet 5 au moyen d'un miroir 3 et l'ouverture nécessaire lui est donnée par une lentille 4. Le faisceau diffracté par l'objet , dont la surface d'onde est EZ, est dirigé vers la cellule d'amplification non linéaire à travers une lentille convergente 6. La cellule d'amplification 7 reçoit également les faisceaux pompesobtenus par réflexion sur le séparateur de, faisceau 8 du faisceau transmis par le séparateur de faisceau 2. Pour obtenir deux faisceaux pompesdont les vecteurs d'onde soient opposés, le dispositif comporte un miroir de renvoi 9 renvoyant vers le mi- lieu d'interaction non linéaire le faisceau qui a traversé ce même milieu. Le front d'onde résultant de l'interaction non li- néaire est, comme expliqué ci-dessus, un front d'onde conjugué du front d'onde incident sur la cellule d'amplification, c'est à dire se Propageant dans une!direction opposée mais ayant la même forme, amplifié par rapport au front d'onde objet. Le faisceau correspondant traverse la lentille 6, est réflé- 2466042 chi par un séparateur de faisceau 10 et dirigé vers un support d'enregistrement holographique 12 à travers un système optique représenté sur la figure sous la forme d'une lentille conver- gente 11. Le front d'onde _O incident sur le support holographi- que et comportanttoutes les informations relatives à l'objet, y interfère avec un faisceau de référence dont la surface R d'onde est plane; ce faisceau de référence est le faisceau transmis par le séparateur de faisceau 8 et réfléchi par un miroir plan 13. Ce dispositif d'enregistrement est tel que la longueur de cohérence de la source laser 1 peut être réduite par rapport à un dispositif conventionnel; en effet, cette longueur de cohé- rence est à apprécier par les différences de longueur de propa- gation entre le faisceau de référence et le faisceau amplifié au moment de l'inscription holographique. Le support photosensi- ble 12 utilisé peut être un support classique type émulsion pho- tographique; dans ce cas, une phase de développement doit être prévue, avant que le front d'onde objet enregistrée puisse être restitué par exposition à un rayonnement de restitution. Un tel dispositif d'enregistrement peut être utilisé dans un système de visualisation de déformations de structures en mouvement par interférométrie holographique, pour le contrôle non destructif de ces structures. En effet, dans de tels systèmes, un hologramme d'un objet est enregistré à un instant donné, et une image holographique est restituée à partir de l'hologramme à un autre -instant; des interférences sont crées par interférométrie entre le front d'onde restitué et un front d'onde de comparaison correspondant par ex- emple à l'image de l'objet non déformé, ces interférences repré- sentant les déformations subies par la structure entre les deux états correspondant aux deux fronts d'onde. Ces systèmes de vi- sualisation peuvent mettre en oeuvre différentes méthodes: l'in- terférométrie peut être "en temps réel", c'est à dire qu'une ima- ge hôlographique restituée formant surface d'onde de référence est superposée à l'objet lui-même, les franges crées par cette superposition étant caractéristiques de la déformation du front d'onde et les variations de ces franges dans le temps observables en temps réel suivant les déformations de la structure; l'inter- férométrie peut également être par "double exposition", les fran- ges d'interférence correspondant à la déformation étant obtenues par superposition à un instant donné de deux images holographi- ques restituées simultanément correspondant à des hologrammes enregistrés à des instants différents. Compte tenu de l'amplification de l'onde objet, des hologram- mes d'objets de grandes dimensions peuvent être obtenus et tou- tes les opérations d'optique cohérente utilisant des fronts d'onde restitués à partir d'hologrammes-deviennent possibles pour de tels objets. Le dispositif d'enregistrement holographique peut également être utilisé par exemple dans les systèmes optiques de traitement d'information type correlateurs optiques. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation préci- sément décrit. En particulier, la source de lumière utilisée peut être un laser pulsé ou continu, la cellule d'amplification fon- tionnant avec ces deux types de source. De plus, comme indiqué ci-dessus, le dispositif optique représenté pour former les dif- férents faisceaux utiles n'est qu'un mode de réalisation possible. Enfin la cellule d'amplification peut comporter un autre ma- tériau ayant un coefficient de susceptibilité non linéaire conve- nable, par exemple du sulfure de carbone ou du germanium. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'enregistrement holographique comportant une source lumineuse, un dispositif optique formant à partir de l'onde lumineuse émise par la source une onde objet et une onde de réfé- rence, et un support d'enregistrement holographique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'amplification rece- vant l'onde objet diffractée par l'objet à analyser et deux ondes de pompage contraprogressives dans le dispositif d'amplification de même fréquence que l'onde objet pour générer une onde ampli- fiée conjuguée de l'onde objet. ce dispositif d'enregistrement comportant de plus des moyens optiques dirigeant l'onde amplifiée et l'onde de référence vers le support holographique pour l'en- registrement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'amplification est une cellule de mélange non li- néaire comportant un milieu non linéaire du type vapeur de sodium, sulfure de carbone, ou germanium. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les deux ondes de pompage contra-progressives sont obtenues à partir de la même source lumineuse que l'onde objet et l'onde de référence. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que une onde de pompage étant dirigée vers le dispositif d'amplifica- tion, la seconde onde de pompage est obtenue par réflexion de - l'onde transmise par le milieu par un miroir parallèle à la sur- face d'onde. 5. Système optique de traitement d'information utilisant des hologrammes pour restituer l'information>caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'enregistrement holographique selon l'une quelconque des revendications précédentes.