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p. 559. ENS, 61, avenue du Président-Wilson, 94-Cachan, Val-de-Marne, et Institut d'Optique, Laboratoire associé du CNRS, Bât. 503, Université de Paris-Sud, 91-Orsay, Essonne. OPTIQUE. — Transformateur d'image à couche photoconductrice associée à un cristal liquide nématique. Note de MM. GEORGES ASSOULINE, MICHEL HARENG et EUGÈNE LÉIBA, présentée par M. Maurice Ponte. L'association d'un film mince de cristal liquide nématique et d'une couche photoconductrice réalise la transformation d'une répartition d'éclairement en une répartition de tension appliquée au nématique. Lorsqu'on utilise l'effet de biréfringence électriquement contrôlée dans les nématiques, on aboutit à une répartition de retards optiques. Cet effet peut être utilisé pour la transformation d'une image noir et blanc en une image en couleurs et pour le traitement optique de l'information. Le principe de l'association d'une couche photoconductrice et d'un film mince de cristal liquide nématique a déjà été décrit [1, 2, 3]. Les premières réalisations ont montré les possibilités d'une telle structure, dans des applications diverses, telles que la projection sur grand écran, la reprographie, le traitement de l'information, etc. Ces expériences ont utilisé la diffusion dynamique des cristaux liquides. Nous présentons ici une structure photoconducteur-nématique dans laquelle on utilise l'effet de biréfringence commandable par champ électrique des cristaux liquides nématiques. DESCRIPTION. — On utilise un effet de biréfringence variable du cristal liquide nématique déjà décrit par ailleurs [4]. On sait que l'on peut modifier la direction d'alignement des molécules nématiques par l'application d'une tension électrique. Cet effet est caractérisé par une tension-seuil, inférieure à la tension-seuil de la diffusion dynamique. L'ensemble photoconducteur-cristal liquide est placé entre deux électrodes transparentes (fig. 1). Une tension continue V est appliquée aux électrodes. Dans l'obscurité la résistance Rpc du photoconducteur est très supérieure à celle du nématique RN : celui-ci est soumis à la tension RN x Rpc V, inférieure à la tension de seuil V de la variation de biréfringence. Si le photoconducteur est éclairé, sa résistance diminue au prorata de la lumière reçue et une partie plus ou moins grande de la tension se reporte sur le nématique, modulant ainsi le retard optique qu'il introduit. Si la cellule photoconductrice-nématique est placée
nématiques. DESCRIPTION. — On utilise un effet de biréfringence variable du cristal liquide nématique déjà décrit par ailleurs [4]. On sait que l'on peut modifier la direction d'alignement des molécules nématiques par l'application d'une tension électrique. Cet effet est caractérisé par une tension-seuil, inférieure à la tension-seuil de la diffusion dynamique. L'ensemble photoconducteur-cristal liquide est placé entre deux électrodes transparentes (fig. 1). Une tension continue V est appliquée aux électrodes. Dans l'obscurité la résistance Rpc du photoconducteur est très supérieure à celle du nématique RN : celui-ci est soumis à la tension RN x Rpc V, inférieure à la tension de seuil V de la variation de biréfringence. Si le photoconducteur est éclairé, sa résistance diminue au prorata de la lumière reçue et une partie plus ou moins grande de la tension se reporte sur le nématique, modulant ainsi le retard optique qu'il introduit. Si la cellule photoconductrice-nématique est placée entre polariseurs croisés, cette variation du retard optique modifie la lumière transmise. Deux structures ont été réalisées : — les corps à anisotropie diélectrique négative ont, au repos, la direction d'alignement des molécules perpendiculaires aux électrodes (structure homéotrope). C'est le cas du MBBA (méthoxybenzilidène-butyl-aniline) ou de mélanges tels que MBBA-EBBA (éthoxybenzilidène-butyl-aniline). La structure homéotrope est obtenue par addition d'un surfactant; — les corps à anisotropie diélectrique positive ont la direction d'alignement des molécules parallèle aux électrodes. C. R. Acad. Sc. Paris, t. 274 (6 mars 1972) Série B — 695 Nous utilisons alors un mélange de 80 % MBBA et de 20 % PEBAB (p-éthoxybenzylidène p-aminobenzonitrile) nématique à la température ambiante. La structure couchée est obtenue en frottant les électrodes. 2. RÉALISATION. — Le photoconducteur utilisé est As2S3. Il est éclairé avec une lumière blanche. À l'endroit où le photoconducteur est éclairé, la fraction de tension qui se trouve appliquée au nématique fait tourner les molécules et introduit une rotation des molécules fonction de l'éclairement. Pratiquement, cet effet s'observe plus facilement avec des substances à anisotropie diélectrique positive pour lesquelles on n'est pas gêné par le phénomène de diffusion dynamique (DSM) apparaissant dès qu'on atteint des tensions de l'ordre de
(éthoxybenzilidène-butyl-aniline). La structure homéotrope est obtenue par addition d'un surfactant; — les corps à anisotropie diélectrique positive ont la direction d'alignement des molécules parallèle aux électrodes. C. R. Acad. Sc. Paris, t. 274 (6 mars 1972) Série B — 695 Nous utilisons alors un mélange de 80 % MBBA et de 20 % PEBAB (p-éthoxybenzylidène p-aminobenzonitrile) nématique à la température ambiante. La structure couchée est obtenue en frottant les électrodes. 2. RÉALISATION. — Le photoconducteur utilisé est As2S3. Il est éclairé avec une lumière blanche. À l'endroit où le photoconducteur est éclairé, la fraction de tension qui se trouve appliquée au nématique fait tourner les molécules et introduit une rotation des molécules fonction de l'éclairement. Pratiquement, cet effet s'observe plus facilement avec des substances à anisotropie diélectrique positive pour lesquelles on n'est pas gêné par le phénomène de diffusion dynamique (DSM) apparaissant dès qu'on atteint des tensions de l'ordre de 7 à 8 V, alors que le seuil pour la variation d'orientation est de 4 à 5 V. En l'absence d'éclairement, les molécules sont donc orientées parallèlement aux électrodes : si la lumière est polarisée à 45° des lignes neutres du cristal nématique (déterminés par la direction de frottement), le retard optique est maximum. L'application d'un champ électrique suffisant consécutif à l'éclairement du photoconducteur fait diminuer le retard induit par la cellule. Nous avons mesuré les déphasages Δc = 2 introduits par cette structure en fonction de l'éclairement E du photoconducteur (fig. 2), pour une lumière rouge (λ = 6 300 Å) pour laquelle le photoconducteur As2S3 est transparent. Il est possible d'améliorer la sensibilité du dispositif en appliquant une tension alternative d'une fréquence suffisante pour que la couche photoconductrice ait un effet purement capacitif : au lieu de partir du retard maximal au voisinage duquel la tension a peu d'effets (« saturation ») ou se place au maximum de la dérivée d(Δn)dE. Cet effet peut être utilisé soit pour la transformation d'une image noir et blanc en une image en couleur, soit pour le traitement de l'information en lumière monochromatique. Dans ce dernier domaine, cet effet peut être plus
retard optique est maximum. L'application d'un champ électrique suffisant consécutif à l'éclairement du photoconducteur fait diminuer le retard induit par la cellule. Nous avons mesuré les déphasages Δc = 2 introduits par cette structure en fonction de l'éclairement E du photoconducteur (fig. 2), pour une lumière rouge (λ = 6 300 Å) pour laquelle le photoconducteur As2S3 est transparent. Il est possible d'améliorer la sensibilité du dispositif en appliquant une tension alternative d'une fréquence suffisante pour que la couche photoconductrice ait un effet purement capacitif : au lieu de partir du retard maximal au voisinage duquel la tension a peu d'effets (« saturation ») ou se place au maximum de la dérivée d(Δn)dE. Cet effet peut être utilisé soit pour la transformation d'une image noir et blanc en une image en couleur, soit pour le traitement de l'information en lumière monochromatique. Dans ce dernier domaine, cet effet peut être plus sensible que celui utilisant la diffusion dynamique car la variation de l'intensité transmise en fonction de l'éclairement est plus rapide. Laboratoire Central de Recherches Thomson-CSF, Domaine de Corbeville, 91-Orsay, Essonne. OPTIQUE PHYSIQUE. — Obtention de miroirs à haut pouvoir réflecteur pour le proche ultraviolet et le proche infrarouge, en contrôlant par une radiation visible l'épaisseur des couches diélectriques déposées. Note de MM. Marcel Candille et Jean Saurel, transmise par M. Pierre Rouard. Des empilements de couches quart d'onde, pour des milieux non absorbants, alternativement de haut et de bas indice (H ou B), permettent de réaliser des miroirs à haut pouvoir réflecteur. Les couches, obtenues par évaporation sous vide, sont contrôlées en cours de dépôt par des méthodes optiques, et en particulier par un maximètre. En conservant la commodité du contrôle par une radiation visible, nous décrivons les méthodes qui permettent de réaliser des empilements quart d'onde pour le proche ultraviolet et le proche infrarouge. Cette Note est le développement d'une Note de J. Saurel qui se limitait au proche infrarouge ; nous nous bornerons dans cet article au cas où l'absorption des milieux H ou B est négligeable dans le domaine spectral utilisé. 1. LONGUEURS D'ONDE HOMOLOGUES POUR LE
par une radiation visible l'épaisseur des couches diélectriques déposées. Note de MM. Marcel Candille et Jean Saurel, transmise par M. Pierre Rouard. Des empilements de couches quart d'onde, pour des milieux non absorbants, alternativement de haut et de bas indice (H ou B), permettent de réaliser des miroirs à haut pouvoir réflecteur. Les couches, obtenues par évaporation sous vide, sont contrôlées en cours de dépôt par des méthodes optiques, et en particulier par un maximètre. En conservant la commodité du contrôle par une radiation visible, nous décrivons les méthodes qui permettent de réaliser des empilements quart d'onde pour le proche ultraviolet et le proche infrarouge. Cette Note est le développement d'une Note de J. Saurel qui se limitait au proche infrarouge ; nous nous bornerons dans cet article au cas où l'absorption des milieux H ou B est négligeable dans le domaine spectral utilisé. 1. LONGUEURS D'ONDE HOMOLOGUES POUR LE VISIBLE ET L'ULTRAVIOLET. — Nous ne reviendrons pas sur le calcul développé pour l'infrarouge ; quelques différences interviennent pour l'ultraviolet. Pour une substance donnée et pour la radiation ultraviolette λ2, l'indice est n2 et l'épaisseur de la lame quart d'onde e2. Pour le même milieu et pour la radiation visible λ4, on a n1 et e1 pour une lame quart d'onde. Nous réalisons entre les épaisseurs la relation et = 2e2 (on pourrait plus généralement prendre et = pe2) ; on a alors la relation. La formule tient compte de la variation finie de n entre les deux domaines spectraux. Le calcul de λ1 suppose la connaissance précise des indices. Schroeder a montré que l'on obtient pour le proche ultraviolet une représentation satisfaisante par une formule de Cauchy : En négligeant la variation de l'indice on aurait = 2. La valeur calculée s'écarte d'autant plus de cette valeur limite que le milieu est plus dispersif. Pour λ2 = 3 000 Å, on a 000 Å pour la cryolithopiné, 5 790 Å pour le fluorure de plomb. Pour réaliser un miroir infrarouge, nous ferons un calcul analogue, avec e2 = 2e1. En conclusion, pour une radiation λ, ultraviolette ou infrarouge, nous
λ4, on a n1 et e1 pour une lame quart d'onde. Nous réalisons entre les épaisseurs la relation et = 2e2 (on pourrait plus généralement prendre et = pe2) ; on a alors la relation. La formule tient compte de la variation finie de n entre les deux domaines spectraux. Le calcul de λ1 suppose la connaissance précise des indices. Schroeder a montré que l'on obtient pour le proche ultraviolet une représentation satisfaisante par une formule de Cauchy : En négligeant la variation de l'indice on aurait = 2. La valeur calculée s'écarte d'autant plus de cette valeur limite que le milieu est plus dispersif. Pour λ2 = 3 000 Å, on a 000 Å pour la cryolithopiné, 5 790 Å pour le fluorure de plomb. Pour réaliser un miroir infrarouge, nous ferons un calcul analogue, avec e2 = 2e1. En conclusion, pour une radiation λ, ultraviolette ou infrarouge, nous calculerons deux radiations homologues dans le visible, pour le milieu B et λ" pour le milieu H. 2. CONTRÔLE PAR LES EXTRÉMUMS DU POUVOIR DE TRANSMISSION T. — Nous préparons, dans la même enceinte, un empilement E qui constituera le miroir à réaliser, et un empilement témoin déposé sur un galet G ; G sera traversé par le faisceau qui assure le contrôle optique. Un cache réglable, constitué par un secteur tournant, placé au voisinage des lames, réalise un rapport constant entre les épaisseurs des dépôts reçus, par G et par E. En l'absence de cache, ces épaisseurs sont égales. Soit A le signal à vide, délivré par le récepteur en l'absence d'empilement sur G (A met en jeu la source, le monochromateur, l'optique, le récepteur). Soit T le pouvoir de transmission d'un empilement réalisé sur G. Le signal final sera alors 1° Miroir infrarouge contrôlé par le visible. — Nous voulons obtenir des couches quart d'onde pour la radiation infrarouge λ2, avec e2 = 2e1. Nous utilisons un seul témoin G; un cache n'est pas ici nécessaire. Nous supposons que la dernière couche, précédemment déposée sur G, soit une couche quart d'onde B, contrôlée par A' et que la
galet G ; G sera traversé par le faisceau qui assure le contrôle optique. Un cache réglable, constitué par un secteur tournant, placé au voisinage des lames, réalise un rapport constant entre les épaisseurs des dépôts reçus, par G et par E. En l'absence de cache, ces épaisseurs sont égales. Soit A le signal à vide, délivré par le récepteur en l'absence d'empilement sur G (A met en jeu la source, le monochromateur, l'optique, le récepteur). Soit T le pouvoir de transmission d'un empilement réalisé sur G. Le signal final sera alors 1° Miroir infrarouge contrôlé par le visible. — Nous voulons obtenir des couches quart d'onde pour la radiation infrarouge λ2, avec e2 = 2e1. Nous utilisons un seul témoin G; un cache n'est pas ici nécessaire. Nous supposons que la dernière couche, précédemment déposée sur G, soit une couche quart d'onde B, contrôlée par A' et que la fin du dépôt de cette couche corresponde à un extrémum de T (A') (c'est-à-dire de S). Nous remplaçons A' par A"; généralement, T (A") n'est alors ni maximum ni minimum. Nous masquons E et nous continuons à déposer sur G le produit B jusqu'à obtention d'un extrémum pour T (A"). Nous démasquons alors E; nous déposons sur G le produit H, contrôlé par A" et nous arrêtons le dépôt quand nous avons observé deux extrémums successifs de T au-delà du point de départ. Nous avons ainsi déposé, à la fois sur G et sur E, une couche H demi onde pour A' 2, c'est-à-dire quart d'onde pour X2. Il faut remarquer que les dépôts simultanés sur G et sur E se font toujours sur des supports de même nature (H ou B, selon le cas) ; la nature du support peut en effet influer sur la vitesse de dépôt. M. Pelletier propose, comme variante, de repérer la valeur du signal au moment où l'on a remplacé A' par A" pour la couche B, et d'effectuer aussitôt le dépôt du produit H, contrôlé par A", jusqu'à ce que l'on retrouve la même valeur du signal. La couche H déposée sur G
Nous démasquons alors E; nous déposons sur G le produit H, contrôlé par A" et nous arrêtons le dépôt quand nous avons observé deux extrémums successifs de T au-delà du point de départ. Nous avons ainsi déposé, à la fois sur G et sur E, une couche H demi onde pour A' 2, c'est-à-dire quart d'onde pour X2. Il faut remarquer que les dépôts simultanés sur G et sur E se font toujours sur des supports de même nature (H ou B, selon le cas) ; la nature du support peut en effet influer sur la vitesse de dépôt. M. Pelletier propose, comme variante, de repérer la valeur du signal au moment où l'on a remplacé A' par A" pour la couche B, et d'effectuer aussitôt le dépôt du produit H, contrôlé par A", jusqu'à ce que l'on retrouve la même valeur du signal. La couche H déposée sur G est alors demi-onde pour A". G. R. Acad. Sc. Paris, t. 274 (6 mars 1972) Série B — 697 3. UTILISATION DU MAXIMÈTRE ET DE DEUX GALETS TÉMOINS. — Nous ne reprendrons pas ici la théorie du maximètre; il utilise normalement une seule longueur d'onde de contrôle, pour laquelle les couches alternées sont toutes quart d'onde; si l'on réalise = 0, on aura simultanément de = 0, à la condition que = 0. Toutefois, pour des milieux très dispersifs, les réponses ne sont correctes que pour des lames demi-onde, une erreur systématique intervient pour le repérage d'un dépôt quart d'onde (7). La nécessité d'utiliser les deux longueurs d'onde calculées A'; et A" ne permet pas de travailler avec un seul empilement témoin, dont les couches successives seraient désaccordées. Nous utilisons ici deux témoins G' et G" permutables sur le faisceau de contrôle ; G' ne recevra que des dépôts B, G" que des dépôts H. Au début du dépôt de chaque couche, on annulera le signal ou ce réglage s'obtient, soit par l'orientation d'un couteau dans le spectre du monochromateur, soit par l'orientation d'un analyseur, soit par un compensateur, d'épaisseur variable, intercalé sur le faisceau; il suffit d'avoir repéré à
couches alternées sont toutes quart d'onde; si l'on réalise = 0, on aura simultanément de = 0, à la condition que = 0. Toutefois, pour des milieux très dispersifs, les réponses ne sont correctes que pour des lames demi-onde, une erreur systématique intervient pour le repérage d'un dépôt quart d'onde (7). La nécessité d'utiliser les deux longueurs d'onde calculées A'; et A" ne permet pas de travailler avec un seul empilement témoin, dont les couches successives seraient désaccordées. Nous utilisons ici deux témoins G' et G" permutables sur le faisceau de contrôle ; G' ne recevra que des dépôts B, G" que des dépôts H. Au début du dépôt de chaque couche, on annulera le signal ou ce réglage s'obtient, soit par l'orientation d'un couteau dans le spectre du monochromateur, soit par l'orientation d'un analyseur, soit par un compensateur, d'épaisseur variable, intercalé sur le faisceau; il suffit d'avoir repéré à l'avance les positions de travail. Si la dispersion des milieux (particulièrement H) au voisinage de A' et A" risque de fausser les indications du maximètre, on se ramènera, au besoin en utilisant un cache convenable, à déposer sur les témoins uniquement des couches demi-onde (deux zéros successifs du signal), tandis que les dépôts sur E seront quart d'onde pour X2. On peut reprocher à cette méthode de mettre en jeu des supports différents pour les dépôts sur E et sur G' ou G". 4. EMPLOI DU MAXIMÈTRE ET DE L'ORDINATEUR. — Le maximètre est utilisé ici uniquement comme un dispositif délivrant un signal facile à pointer. Les longueurs d'onde A' et A" calculées au début de cette Note n'interviennent plus que pour signaler le domaine spectral au voisinage duquel se situent les longueurs d'onde de contrôle visibles, qui sont maintenant calculées pour chaque couche par l'ordinateur. 1° Miroir ultraviolet contrôlé par le visible. — Soient e' et e" les épaisseurs à réaliser pour avoir des couches quart d'onde B et H dans l'ultraviolet pour X2 ; un cache nous ramène à déposer sur G des épaisseurs d' = 2 e' et d" = 2 e". Nous utiliserons un seul témoin
que les dépôts sur E seront quart d'onde pour X2. On peut reprocher à cette méthode de mettre en jeu des supports différents pour les dépôts sur E et sur G' ou G". 4. EMPLOI DU MAXIMÈTRE ET DE L'ORDINATEUR. — Le maximètre est utilisé ici uniquement comme un dispositif délivrant un signal facile à pointer. Les longueurs d'onde A' et A" calculées au début de cette Note n'interviennent plus que pour signaler le domaine spectral au voisinage duquel se situent les longueurs d'onde de contrôle visibles, qui sont maintenant calculées pour chaque couche par l'ordinateur. 1° Miroir ultraviolet contrôlé par le visible. — Soient e' et e" les épaisseurs à réaliser pour avoir des couches quart d'onde B et H dans l'ultraviolet pour X2 ; un cache nous ramène à déposer sur G des épaisseurs d' = 2 e' et d" = 2 e". Nous utiliserons un seul témoin Ga. Ga. méthode. — Supposons que (N — 1) couches d'épaisseur correcte aient été déposées sur G; la dernière couche est par exemple une couche. B, et a été contrôlée avec une radiation visible Xk_,; de telle sorte que l'on ait 698 — Série B C. R. Acad. Sc. Paris, t. 274 (6 mars 1972) Les épaisseurs des couches antérieures étant connues, l'ordinateur permet de calculer XN, telle que = 0 pour le filtre à N couches, quand on a déposé l'épaisseur d" de la substance H. On utilisera donc pour réaliser ce dépôt X — XN, après avoir ajusté = 0; et on poursuivra l'opération jusqu'à l'annulation du signal. Cette méthode a été utilisée par M. Pelletier (8). b. Deuxième méthode— Nous calculons pour que dS/d (c'est-à-dire s'annule, au début et à la fin du dépôt de la Nième couche, quand elle a l'épaisseur d". Cela entraîne une relation indépendante de A : N est racine de cette équation; on montre facilement que c'est une longueur d'onde qui rend maximum ou minimum. Pour déposer la Nième couche, on règle le monochromateur sur N et on annule au départ le signal d (AT) d en agissant sur le réglage de
t. 274 (6 mars 1972) Les épaisseurs des couches antérieures étant connues, l'ordinateur permet de calculer XN, telle que = 0 pour le filtre à N couches, quand on a déposé l'épaisseur d" de la substance H. On utilisera donc pour réaliser ce dépôt X — XN, après avoir ajusté = 0; et on poursuivra l'opération jusqu'à l'annulation du signal. Cette méthode a été utilisée par M. Pelletier (8). b. Deuxième méthode— Nous calculons pour que dS/d (c'est-à-dire s'annule, au début et à la fin du dépôt de la Nième couche, quand elle a l'épaisseur d". Cela entraîne une relation indépendante de A : N est racine de cette équation; on montre facilement que c'est une longueur d'onde qui rend maximum ou minimum. Pour déposer la Nième couche, on règle le monochromateur sur N et on annule au départ le signal d (AT) d en agissant sur le réglage de A. On poursuit le dépôt jusqu'à l'obtention d'un autre zéro pour le signal (on peut facilement, selon les cas, tenir compte de zéros intermédiaires). 2° Miroir infrarouge contrôlé par le visible. — On peut utiliser l'une ou l'autre méthode, mais on n'a besoin ni de témoin ni de cache, Le contrôle se fait directement sur E; on calcule N pour avoir l'épaisseur e' ou e" quand on observe deux zéros successifs du signal; est alors ramené dans le visible si E est prévu pour le proche infrarouge. Nous avons obtenu, par ces diverses méthodes, des résultats satisfaisants pour la préparation de miroirs à haut pouvoir réflecteur; elles conviennent également pour des filtres à bande étroite, mais il faut alors avoir des valeurs très exactes pour les indices. Nous étudions, d'autre part, la validité de méthodes simplifiées qui utiliseraient, à partir des calculs sur ordinateur, un nombre limité de longueurs d'onde de contrôle. Séance du 14 février 1972. M. CANDILLE, Thèse de 3e cycle, Montpellier, 1971. GIAGOMO, Thèse, Paris, 1956; Rev. Opt., 35, 1956, p. 317-354 et 442-467. J. ROIG, J. GLAUZEL et J. M. SAUREL, Comptes rendus, 263 Série B, 1966, p. 528. J. M. SAUREL, Thèse de 3e cycle,