Brevet FR2601788A1 — publié le 19880122

i La présente invention concerne l'holographie, et plus particulièrement, elle a pour objet les duplicateurs de réseaux de diffraction holographiques. L'invention peut être utilisée dans la construc5 tion des machines-outils, dans la microscopie de mesure, dans la métrologie, dans les mémoires holographiques, la cinématographie et la télévision holographiques, dans les systèmes de stockage de l'information. L'invention trouve son application la plus effi10 cace dans la production de copies de réseaux de diffraction holographiques pour des capteurs dedéplacement et de copies d'hologrammes. Il existe un dispositif de production de copies composites de réseaux de diffraction gravés qui comporte un système d'éclairage et, placés successivement l'un après l'autre sur le trajet du rayonnement lumineux, un système collimateur, un réseau gravé transparent constitué d'un support comportant des lignes gravées, un support de copie et deux réseaux de diffraction gravés-originaux réfléchis20 sants dont les lignes sont dirigées vers le support de la copie, le réseau transparent, le support de la copie, le système d'éclairage étant fixés par rapport aux autres réseaux-originaux qui sont montés de façon à pouvoir les changer de place (se reporter par exemple, à l'article "copies composites des réseaux de diffraction de mesure" de Mitina F.A., Nijina A.M., Rassoudova G.N. dans la revue "Industrie opticomécanique", 1975, No. 9, pp. 47 à 50). Ce dispositif utilise le principe du tirage par contact. Ledit dispositif fonctionne de la façon suivante. On dispose sur le support de la copie deux originaux en les plaçant préalablement à l'aide des franges d'interférence de moire que l'on peut observer à la jonction des originaux. Puis on enlève les originaux, on verse sur le support de la résine, on remet avec précaution les originaux, on les serre avec des butées élastiques et on vérifie leur position d'après les franges de moire. On réalise ainsi un ajustage supplémentaire en 15-20 mn avant la formation du gel, après collage. Au bout de deux heures on élimine le sur5 plus de résine, et 18 à 20 h plus tard, on sépare la copie des originaux et on les lave à l'eau distillé pour éliminer les substances chimiques qui subsistent et qu'on a utilisé pour la reproduction. Ce dispositif permet de réaliser des copies composites comprenant un nombre de sections illimité. 10 Pour cela, on sépare d'avec la copie à deux sections comprenant deux originaux collés à celle-ci un des originaux,et on les recolle à l'endroit disponible du support, à l'extrémité du deuxième original. Ainsi, on peut obtenir des copies composites comprenant jusqu'à 1200 lignes par mn. Ce dispositif permet d'obtenir une position réciproque des originaux à copier avec une précision allant jusqu'à a/10, o "a" est la constante du réseau, autrement dit la période de répétition des lignes. L'action mécanique répétée subie par les originaux fait diminuer cette précision. Un tel 20 mode de réalisation de ce dispositif ne permet pas d'obtenir un bord des originaux tout à fait parallèle aux lignes, et avec une précision d'une période de ligne, on obtient une zone ne comportant pas du tout de lignes. On l'appelle aussi "zone lisse". Par ailleurs, la surface de ces zones fait saillie par rapport à l'autre surface en formant des "gradins" Afin d'obtenir des copies composites spectro- scopiques de haute qualité on ne peut admettre la présence de petits "gradins" pouvant apparaître à la suite d'une pose incorrecte de la surface des originaux à copier sur un seul 30 plan. Par nécessité, on enlève les originaux ajustés de la surface de la copie tout en versant de la résine sur celleci, puis on les. remet en place et les réajuste ce qui complique le processus technologique qui permet d'obtenir la copie. 35 Par suite de l'utilisation de la résine, la reproduction se fait à une faible vitesse à cause de la polimérisa- tion prolongée de la résine (20h). Si pendant ce laps de temps on a besoin d'obtenir un plus grand nombre de copies, ce nombre doit alors être égal au nombre d'originaux-, ce qui n'est pas très rentable. De plus, l'action mécanique subie par l'original ne fait que diminuer la qualité de ce dernier. Il est reconnu que les réseaux de diffraction holographiques comportent des avantages par rapport aux réseaux de diffraction gravés, puisque leur densité peut être supérieure et atteindre dans la zone optique 6000 lignes par mm pour les 10 mêmes longueurs que celles des réseaux gravés. Les réseaux de diffraction holographiques-originaux sont produits grâce à un procédé interférentiel sans contact ce qui permet d'obtenir avec la même longueur de réseau une plus grande densité, alors que la longueur et la densité des réseaux 15 de diffraction gravés sont en principe limitées par les dimensions géométriques de l'instrument de coupe et par son usure durant la réalisation de la gravure, ainsi que par l'impossibilité de le remplacer pendant le processus. L'utilisation d'une source de rayonnement cohérent pour 20 la reproduction interférentielle fait que l'on est moins exigeant pour la grandeur du jeu qui existe entre l'original et la copie et qui, en cas d'éclairage non cohérent, doit à peu près être égal au pas du réseau. Ainsi, pour une densité du réseau 1000 lignes par mm, le pas du réseau est égal à 1l>m. Il 25 est pratiqument impossible de maintenir un jeu de lpm, surtout lorsque le support est très long. En cas de rayonnement cohérent, le jeu peu atteindre quelques centaines de microns et plus. Mais il ne faut pas trop augmenter le jeu (jusqu'à quelques centimètres) entre la copie et l'original puisque les copies obte30 nues dans ce cas précis présentent des images doubles: deux virtuelles et deux réelles (D. B. Brumm "Double Images in Copy Holograms. Appl. Optics, 1967, v. 6, No. 3, p. 5B8-589). Il existe un dispositif pour reproduire les réseaux de diffraction holographiques qui comporte une source de rayon35 nement cohérent, et o sont placés sucessivement l'un après l'autre sur le trajet de rayonnement cohérent, un sys- tème collimateur, un réseau holographique-original constitué par un support et une couche d'enregistrement,une copie-support avec une couche d'enregistrement, tandis que l'original et la copie sont solidement reliés entre eux et se font face par les couches d'enregistrement (se reporter, par exemple, à l'article, "Duplication interférentielle des microhologrammes" de Vanine V.A. et Vagine L.N., "Revue de la photographie et du cinéma scientifique et appliqué" ("Zhurnal nauchnoi i prikladnoi fotografii i kinotekhniki"), 1975, 10 tome 20, fascicule No. 6, pp. 416 à 422). Ce dispositif utilise le principe de la reproduction interférentielle.Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Une partie du faisceau collimaté du rayonnement cohérent 15 tombant sur le réseau holographique diffracte s.ur celui-ci tandis que l'autre partie passe sans déflexion. L'interférence de ces deux faisceaux donne dans le plan de la couche d'enregistrement de la copie une image des ondes stationnaires, identique à celle d'o l'original a été enregistré. Si le 20 faisceau collimaté utilisé pour la reproduction est identique à l'un des faisceaux utilisés pour la production de l'original, on obtient une copie interférentielle du réseau holographique. Dans ledit dispositif il n'y a pas d'interaction mécanique entre l'original et la copie. Ceci permet de conserver l'original et de garder sa précision, de même que d'obtenir une meilleure précision de la copie, qui peut s'approcher de la précision de l'original avec un traitement photochimique correct. Cependant, un tel mode de réalisation de ce dispositif n'assure la reproduction que dans les limites de l'ouverture du système collimateur. L'invention a pour objet de créer un duplicateur de réseaux de diffraction holographiques qui comporterait un moyen permettant d'obtenir des copies de réseau de diffrac- tion holographique ayant des dimensions supérieures à l'ouverture du système collimateur. Ce but peut être atteint du fait que dans un duplicateur de réseaux de diffraction holographique comportant 5 une source de rayonnement cohérent et o sont placés successivement l'un après l'autre sur le trajet du rayonnement cohérent, un système collimateur, un réseau de diffraction holographique-original, constitué d'un support et d'une couche d'enregistrement, et une copie-support avec 10 couche d'enregistrement, l'original et la copie étant solidement reliés et se faisant face par les couches d'enregistrement, conformément à l'invention, un miroir est prévu sur le trajet du rayonnement cohérent entre le système collimateur et l'original,avec possibilité de faire un mouvement de va-et-vient sur la longueur de l'original de façon que le rayonnement cohérent réfléchi par le miroir tombe sur l'original. Afin d'obtenir la meilleur efficacité- de diffraction, le miroir peut être placé par rapport à l'original, sous 6 -8 un angle = 45 +,ou est l'angle entre la direction du rayonnement cohérent et la normale à la surface de la couche détectrice de l'original. Un tel mode de réalisation du dipositif à breveter permet de reproduire les réseaux de diffraction hologra25 phiques d'une dimension supérieure à l'ouverture du système collimateur et une efficacité de diffraction maximale à condition que d'autres conditions indispensables soient remplies,notamment une grande capacité de résolution de la couche d'enregistrement de la copie ainsi qu'une bonne effi30 cacité de diffraction de l'original. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schéma35 tiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma général du dispositif selon l'invention (coupe longitudinale); - la figure 2 représente le miroir et l'original du dispositif conforme à la figure 1 (coupe longitudinal agrandie); - la figure 3 représente une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. Un duplicateur de réseaux de diffraction holographiques, selon l'invention, peut être utilisé pour la re10 production aussi bien interférentielle que par contact. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, on utilise la reproduction interférentielle. Le duplicateur de réseaux de diffraction holographiques comporte, selon l'invention, une source I (fig.1) derayonnement cohérent et, placés successivement l'un après l'autre sur le trajet A, B du rayonnement cohérent, un système collimateur 2, un miroir 3, un original 4 (réseau de diffraction holographique) et une copie 5. Dans le mode de réalisation du dispositif ici décrit, 20 on utilise un laser comme source 1. Le système collimateur 2 comporte une lentille agrandissante 6 et une lentille collimatrice 7 solidement reliées par une monture 8. La source 1 et la monture 8 portant les lentilles 6 et 7 sont solidement reliées à un corps 9. Le miroir 3 du dispositif, selon l'invention, est placé de façon à permettre un mouvement de va-et-vient (dans la direction des flèches C et D) sur la longueur de l'original 4, de façon à ce que le rayonnement cohérent réféchi par le miroir 3 tombe sur l'original 3. Pour permettre le déplacement du miroir 3, on le fixe à un support 10 relié solidement à un.manchon 11 muni d'un filetage intérieur 12 permettant un déplacement sur une vis 13 dont une extrémité est montée sur l'arbre de sortie d'un moteur électrique 14 son autre extrémité étant montée dans 35 le corps 9. Afin d'obtenir une clarté d'image maximale pendant la reproduction, le miroir 3 (fig. 2) est placé par rapport à l'original 4 sous un angle, = 45 +, o 4 2 est l'angle entre la direction B du rayonnement cohérent et une normale 15 à la surface de la couche d'enregistrement 16 de l'original 4. L'efficacité de diffraction maximale est obtenue lorsque la copie 5 est réalisée sous le même angle par rapport à sa normale que celui avec lequel était produit l'original 4. 10 On peut trouver l'angle o d'inclinaison du miroir 3 par rapport à l'original 4 en fonction de l'angle B entre les axes des faisceaux de l'interféromètre pendant la réalisation de l'original 4. Inscrivons les équations des angles en se référant à la géométrie de situation du miroir 3 et de l'original 4 en tenant aussi compte des lois de réflexion de la lumière sur la surface du miroir 3. 2 L + = 180 , @ () = 180 - 90 - 2 (2) o est l'angle entre les directions A et B du rayonne20 ment cohérent. De l'équation (1). = 180 - En substituant la valeur de de (2), on obtient: = 450 +. (3) Dans l'exemple décrit d'exécution du dispositif: 25 od = 45 + 9023'. L'original 4 (fig. 1), réseau de diffraction holographique, est constitué d'un support 17 et de ladite couche d'enregistrement 16. La copie 5 comporte un support 18 et une couche d'enregistrement 19. Les couches d'enregistrement 16 30 et 19 se font face, leur surfaces allongées sont parallèles, séparées par un jeu b, et dans le cas présent, on obtient des couches photosensibles. L'original 4 et la copie 5 sont reliés solidement pendant la reproduction. Pour permettre le remplacement de la copie 5, le dis35 positif, selon l'invention, est pourvu d'un manipulateur 20 (fig. 3). Le manipulateur 20 se présente sous forme d'un mécanisme à levier comportant des leviers 21 et 22 et des manettes 23 et 24 (fig. 1). Le levier 21 (fig. 3) est fixé sur un bâti 25 placé dans le corps 9. Le levier 22 porte les manettes 23 et 24 qui permettent de placer l'original 4 par rapport à la copie 5 disposée sur le-bâti 25 pendant la reproduction. Le levier 22 est solidement relié à un cadre 26 portant l'original 4. La vis 13 (fig. 1) est placée dans le corps 9 grâce à 10 des butées 27 et 28. Le duplicateur de réseaux de diffraction holographi- ques selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Le faisceau de rayonnement cohérent provenant de la source 1 (fig. 1) passe par le système collimateur 2, se 15 réfléchit à partir du miroir 3 et tombe sur l'original 4, e sous l'angle - (fig. 2) par rapport à la normale.15. En traversant l'original 4 et sa couche d'enregistrement 16, l'onde plane de rayonnement cohérent est modulée conformément à la répartition amplitude-phase dans la couche d'en20 registrement 16 et une partie de cette onde, en se diffractant, produit des interférences avec la partie de l'onde qui est passée sans changer de direction dans la zone de la couche (d'enregistrement) 19 de la copie 5.Dans ce cas, on obtient des ondes stationnaires, identiques à celles apparues pen25 dant la réalisation de l'original 4. Ces ondes sont enregistrées par la copie 5. On déplace le miroir 3 le long de l'original 4 en exposant ainsi toute la longueur de la copie 5. Ce processus est équivalent à un éclairage de l'original 4 par un faisceau de lumière collimaté avec une ouverture 30 égale à la longueur de déplacement du miroir 3. La vitesse de déplacement du miroir 3 est déterminée compte tenu de l'exposition de la couche d'enregistrement 19 à la lumière conformément à la courbe de sa photosensibilité,de façon à obtenir une efficacité maximale de diffraction qbmax. La valeur i = 45 + - est également optimale pour obtenirLmax Comme miroir 3 peut se déplacer sur la longueur de l'original 4, la copie dans le dispositif, objet de l'invention, se fait en régime continu. Après l'exposition de la copie 5, on sépare l'original 4 et la copie 5 à l'aide du manipulateur 20 (fig.3) et on remplace la copie par une nouvelle copie, puis on les rapproche et on les fixe pour obtenir la copie suivante. On développe la copie exposée 5 (fig.1) pour obtenir l'image. Etant une couche d'enregistrement, on peut utiliser la 10 couche pour fixer l'image en temps réel. A l'aide du duplicateur de réseaux de diffraction holographiques,on obtient des copies de réseau de diffraction holographique d'une longueur de 700 mm et d'une densité de 1000 lignes par mm. Les erreurs accumulées sur toute 15 la longueur de la copie ne dépassent pas celles observées sur l'original et sont inférieures 1 Im/m. L'ouverture du système collimateur est de 150 mm. La longueur de la copie est égale à la longueur de l'original, c'est-à-dire, supérieure à l'ouverture du système collimateur. L'angle d'in20 clinaison du miroir est de 54 23'. La vitesse de déplacement du miroir est de l'ordre de 0,08 cm/s. Le duplicateur de réseaux de diffraction holographiques permet d'obtenir des copies de réseaux de diffraction holographiques d'une longueur pratiquemment illimitée 25 et d'une précision égale à celle de l'original. De plus, la copie interférentielle permet de prolonger le délai d'utilisation de l'original sans en diminuer la qualité.Ceci est rendu possible du fait quelorsqu'on utilise la source de rayonnement cohérent, on peut réaliser entre 30 l'original et la copie un jeu suffisamment grandtjusqu'à I mm et plus, ce qui est fondamental lorsqu'on a de grandes longueurs de copie, o le fait de garder un faible jeu crée un sérieux problème technologique. Le temps d'obtention d'une copie de 1 m, de l'expo35 sition au produit fini, est de 35 mn ce qui est pratiquement dix fois moins que le temps d'obtention de l'original et ce temps peut être encore réduit si l'on utilise une couche d'enregistrement plus sensible. Dans la production de masse de réseaux holographiques, il est indispensable d'utiliser des copies, tandis que les originaux doivent servir uniquement de matrices pour leur fabrication. Une matrice originale permet de réaliser au moins 100 copies. Ainsi, le duplicateur de réseaux de-diffraction holographiques, selon l'invention, permet de réaliser unerepro10 duction interférentielle de réseaux de diffraction holographiques d'une longueur supérieure à l'ouverture du système collimateur ce qui permet de fabriquer des copies d'une grande longueur. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Duplicateur de réseaux de diffraction holographiques comportant une source (1) de rayonnement cohérent et placés successivement l'un après l'autre sur le trajet (A, B) du rayonnement cohérent, un système collimateur (2), un original (4) - un réseau de diffraction holographique formé d'un support (17) et d'une couche d'enregistrement (16), et une copie (5); un support (18) avec une couche d'enregistrement (19), l'original (4) et la copie (5) étant solidement reliés entre eux et se faisant face par les couches d'en10 registrement (16, 19), caractérisé en ce qu'on prévoit dans ce dispositif un miroir (3) placé sur le trajet (A, B) du rayonnement cohérent entre le système collimateur (2) et l'original (4) avec une possibilité de mouvement de va-etvient sur la longueur de l'original (4), de façon que le rayonnement cohérent réfléchi par le miroir (3), tombe sur l'original (4). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir (3) est placé par rapport à l'original (4), sous un angle = 45 +, o estl'angle entre la direction (B) du rayonnement cohérent et la normale (15) à la surface de la couche d'enregitrement (16) de l'original (4).