Montage de démonstration de la lecture d’hologrammes par détection homodyne

Matériau d’enregistrement A. Choix du type de matériau

Comme nous l’avons mentionné au cours du chapitre 1, les matériaux privilégiés actuellement pour le stockage holographique de masse sont les photopolymères. Notre montage de démonstration visant à travailler sur un nombre limité d’hologrammes, l’utilisation d’un matériau à forte dynamique holographique n’est toutefois pas la priorité. C’est plutôt vers un matériau réinscriptible et ne présentant pas de rétreint optique que notre choix va se porter, ceci afin d’augmenter la souplesse de notre montage et de limiter sa complexité. Ainsi, les cristaux photoréfractifs sont de bons candidats, et nous avons choisi d’utiliser un cristal de titanate de baryum dopé au cobalt (BaTiO3 :Co), typiquement sensible sur une gamme en longueur d’onde de 480 à 800 nm [Pauliat 00] . Ce cristal est un parallélépipède de dimensions 5×5×2 mm, dont chacune des faces a subi un traitement antireflet large bande pour les longueurs d’onde du visible. La configuration d’enregistrement Montage de démonstration de la lecture d’hologrammes par détection homodyne en contrepropageant est effectuée selon l’axe c du cristal, c’est à dire sur une épaisseur de 2 mm, car c’est avec cette configuration que l’effet electro-optique du cristal est maximisé. Il est à noter que par rapport au niobate de lithium, cristal photoréfractif le plus souvent utilisé pour le stockage holographique de données, le titanate de baryum présente l’intérêt de ne posséder aucun effet photovoltaïque, ce qui garantit que l’indice moyen ne va pas varier pendant un enregistrement holographique. Dans notre montage, la figure d’interférence dans le cristal sera obtenue entre un faisceau incident et sa réflexion contrepropageante sur un miroir placé juste derrière le cristal. Le caractère réinscriptible du cristal photoréfractif est sans aucun doute avantageux car il permet d’effectuer un nombre illimité de cycles d’enregistrement-lecture. Il en découle toutefois l’inconvénient que les hologrammes inscrits ne sont pas permanents et effacés par les sources de lumière environnant le cristal, l’effacement étant d’autant plus rapide que ces sources sont intenses. Ceci implique que le faisceau utilisé pendant la phase de lecture doit avoir une intensité suffisamment faible pour que l’effacement provoqué soit limité, et que le cristal doit être placé dans la mesure du possible derrière un cache le protégeant des autres sources lumineuses. Les effets de la lumière ambiante restent toutefois négligeables. B. Performances du cristal Pour mieux cerner les caractéristiques requises par la configuration d’enregistrementlecture de notre montage, il est dans un premier temps nécessaire de quantifier les efficacités de diffraction accessibles par le cristal. Nous recherchons ici juste un ordre de grandeur qui peut être déterminé facilement par le biais d’une expérience de mélange à deux ondes, présentée figure 3.1. figure 3.1 : Montage de mesure de gain photoréfractif par mélange à deux ondes La mesure consiste à déterminer le gain photoréfractif Γ du cristal en géométrie contrepropageante, donné par la relation suivante [Pauliat 00] : Laser He-Ne BaTiO3 miroir oscilloscope miroir densité photodiode 81 € Γ = 4πδnmax λ sinϕ (3.1) où ϕ est le déphasage entre la figure d’interférence et le réseau d’indice créé, δnmax est l’amplitude du réseau qui serait produit avec un taux de modulation de cette figure m = 1. Ce gain est mesuré en mélangeant dans le cristal deux ondes dont les intensités relatives sont très différentes. Dans notre cas, la première onde, appelée pompe, est celle issue d’un laser Helium-Néon à 633 nm de puissance proche de 1 mW. La deuxième onde, appelée sonde, consiste en la réflexion de la pompe atténuée par un double passage dans une densité optique. L’intensité de la sonde est ainsi 100 fois plus faible que celle de la pompe. Lors du mélange à deux ondes, les faisceaux enregistrent un réseau et se diffractent simultanément sur celui-ci, l’accord de Bragg est donc systématiquement vérifié. Les équations couplées (2.13) et (2.14) peuvent ainsi être écrites en terme de couplage d’énergie : + + − + + − − + = −Γ I I I I I z I α ∂ ∂ (3.2) − + − − + − + + = −Γ I I I I I z I α ∂ ∂ (3.3) avec I+ et I- les intensités respectives des ondes références et signal. Dans notre expérience de mélange à deux ondes, nous avons I+ >> I- , l’évolution de I- devient alors indépendante de I+ et, sachant que, selon nos conventions, l’onde signal se propage dans le sens négatif, l’équation (3.3) admet la solution triviale suivante : € I− s = I− i e (Γ−α)l (3.4) où € I− i et € I− s sont respectivement les intensités signal incidente et en sortie du cristal et l est l’épaisseur du cristal. Pour remonter au gain, il suffit donc de suivre l’évolution temporelle de € I− s . Au tout début du mélange à deux ondes, le réseau d’indice est inexistant, ce qui revient à poser Γ = 0 dans (3.4). Une fois le réseau d’indice d’amplitude maximale construit dans le cristal, c’est à dire en régime stationnaire, l’intensité signal de sortie est bien donnée par (3.4). Le gain photoréfractif est alors donné par : ! !  » # $ $ % & Γ = − − ( ) ( ) ln 1 I début I stat l s s (3.5) 82 Une acquisition typique sur oscilloscope de l’évolution de l’intensité signal de sortie est présentée figure 3.2. Le décrochement indiqué par la flèche correspond au moment où la réflexion sur le miroir est permise en enlevant un cache. Le signal est bruité mais suffisant pour obtenir un ordre de grandeur du gain photoréfractif. En appliquant la formule (3.5), on obtient alors Γ = 26 m-1. En l’absence de champ extérieur appliqué au cristal et en négligeant l’effet photovoltaïque, nous pouvons poser ϕ = ±π/2 [Pauliat 00], ce qui implique δnmax =1,3.10-6. L’efficacité de diffraction η d’un réseau présentant cette modulation est ainsi η ≈ 1,7.10-4 en utilisant la relation (1.27) pour une incidence nulle. La proportion maximale d’intensité diffractée sera donc faible, et ceci va avoir des répercussions sur la mise en œuvre de notre montage de démonstration, en particulier au niveau du nombre N de réseaux multiplexés vu que l’efficacité de diffraction par réseau décroît en 1/N2 d’après la relation (1.35)