Mémoires holographiques : etat de l’art et défitscmdo.cnrs.fr/IMG/pdf/Pauliat_JNCO_2007.pdf · ref = 25°; n = 1,5 Pour l’illustation θ im.moyen = 25°; θ ref de 45° à 70°

1Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07

Mémoires holographiques : etat de l’art et défits

Gilles Pauliat, Gérald RoosenGroupe «Matériaux non linéaires et applications», Manolia,Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’OptiqueCampus Polytechnique, RD 12891127 Palaiseau cedex, Francehttp: [email protected]


Brevets publiés

Recherche sur Esp@cenet avec “(hologram or holographic) and (storage or memory)”

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Nom

bre

de b

reve

ts

2000199019801970Année

Cassette vidéo1975 CD

1983

FujitsuLG ElectronicsDaewoo ThomsonSony Corp.TDK CorpPhilips ElectronicsCanonNTTToshibaSamsung ElectronicsImationGeneral Electrics…


Évolution des capacités des disques ROM, 12 cm de diamètre, 1 couche

CD

DVD HD-DVDBlu-ray

Limite champ lointain

?TeraOctetGOctet/s

Multi-couche?Niveaux gris?

Champ proche?Super résol.?

2ν en vol.?Holographie?

…

InPhase


Skr

rkr

Rkr

modulateur

Rkr rk

r

r k S

caméra

2π a

Capacité de stockageEnregistrement Lecture

rkr

Rkr

r k S

rkr

Rkr

xz

Espace des vecteurs «réseaux»

∅ = 2 2 πλ


Skr

rkr

Rkr

modulateur

Rkr rk

r

r k S

caméra

2π a


rkr

Rkr

r k S

rkr

Rkr

xz


∅ = 2 2 πλ


Skr

rkr

Rkr

modulateur

rkr

caméra

2π a


rkr

Rkr

r k S

rkr

Rkr

2π l

xz


∅ = 2 2 πλ


Capacité de stockage

Capacité max = Volume accessibledansl'espacedesr k r

Volumed'une cellule≈

12

4π3

4πλ

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟

3⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

4π( )3

a bl

= 2π3

a × b × lλ3

Et avec les niveaux de gris (Van Heerden 1963): C ≈ 2 π3

a × b × lλ3 log2 SNR( )

Optimisation du stockage mettre un maximum de cellules élémentaires dans l’espace des vecteurs «réseaux»

x

y

zrk

r

4π l

4π a4π b


Mémoire holographique InPhase

Espace des vecteurs réseaux

Objectif : 1,6 To avec 120 Mo/s en 2010?

rkr

Rkr

Skr

Données InPhaseλ = 407 nm; NA = 0,6; Δθref = 25°; n = 1,5

Pour l’illustationθim.moyen = 25°; θref de 45° à 70°

Volume restant

disponible

Volume utilisépar InPhase

∅ = 2 4 πλ

Configuration enregistrementˆ x

ˆ y ˆ z

Il reste bcp de capacité non utilisée

∅ = 2 2 πλ


Mémoire holographique codage en longueur d’onde

rkr

Rkr

Skr

Ex: λ = 400 -500 nm; NA = 0,6; n = 1,5

Volume utiliséavec codage en λ

Configuration enregistrementˆ x

ˆ y ˆ z

∅ =4 π n

400 nm

Volume restant

disponible

∅ =2 π n

400 nm

∅ =2 π n

500 nm



Mémoire holographique InPhaseMultiplexage polytopic K. Anderson et al. InPhase

λ/2

λ/2λ/2

disque

Laser407 nm

Isolateur +Obturateur

Filtre spatial

Cam

éra

Filtre polytopic

ÉcritureSLM

ηholog ∝ Δn1holog( )2∝

Δnmax

Nbholog

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

I pixel ∝1

Nbpixel Nbholog2 ∝

Nbpixel

Capacité2


Mémoire holographique InPhaseMultiplexage polytopic K. Anderson et al. InPhase

λ/2

λ/2λ/2

disque

Laser407 nm


Filtre spatial

Cam

éra

Filtre polytopic

ÉcritureSLM

+ codage


Mémoire holographique InPhase

λ/2

λ/2

Laser407 nm


Filtre spatial Filtre polytopic

Lecture par conjugaison de phase

Cam

éraSLM

+ traitement+ décodage

Multiplexage polytopic K. Anderson et al. InPhase

Lectureλ/2

disque


Exemple de traitement des images

“Image processing for Holography data storage”Yueh-Lin Li, Shang-Ling Lee, Cheng-Yao Liao, Optical Data Storage Portland 2007

Imperfection des optiques et du matériau holographique=> rotation, grandissement, distorsion, non-uniformité…

Solution : sur échantillonnage + égalisation…

+ code de correction d’erreurs


Quels matériaux d’enregistrement?Actuellement l’enregistrement est effectué

par polymérisation

Ex: structure Optware

- Non re-inscriptibles;- Durée de stockage limitée

avant enregistrement- Sensible à la lumière du jour- Absence de seuil

Limitations


Quels matériaux d’enregistrement?

rkr

Rkr

r k S

′rk

r

• Domaine de sensibilité : bleu

• Hologramme de phase => faible absorption :

• Epaisseur :

• Faible rétreint :

• Sensibilité :

• La constante de temps n’est pas un critère

• Qualité optique (très faible diffusion, excellente planéité)

• Dynamique holog. :

• Très bonne stabilité dimensionnelle

• Non toxicité

• Stockage avant et après écriture (typ. > 40 ans)

• Seuil en intensité si possible,…

α e << 1

Δ(nl) nl < 0,1%

η ≈π Δn1holog. e

λ⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

= M#

Nbholog.⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

; M # ≥ 5

Sη1 2 = η I t ≈ 2 cm2/J

e ≥ 1 mm


Quels matériaux d’enregistrement?

• Domaine de sensibilité : bleu

• Hologramme de phase => faible absorption :

• Epaisseur :

• Faible rétreint :

• Sensibilité :

• La constante de temps n’est pas un critère

• Qualité optique (très faible diffusion, excellente planéité)

• Dynamique holog. :

• Très bonne stabilité dimensionnelle

• Non toxicité

• Stockage avant et après écriture (typ. > 40 ans)

• Seuil en intensité si possible,…

α e << 1

Δ(nl) nl < 0,1%

η ≈π Δn1holog. e

λ⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

= M#

Nbholog.⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

2

; M # ≥ 5

Sη1 2 = η I t ≈ 2 cm2/J

e ≥ 1 mm

Ex : PhotopolymèreTapestry InPhase

400-410 nm

l ≈ 2 mmΔ(nl) nl < 0,1%

Sη1 2 ≈ 2 cm2/J

M# ≈ 30 pour e = 1 mm

α e << 1

3 ans et 50 ans

WORM


ConclusionL’holographie est une technologie mature; améliorations incrémentales

Les architectures sont améliorablesLes matériaux idéaux n’existent toujours pas

Sony, microreflectorOptware, Colinéaire

LCFIO, Lippmann

STREP, IST / TUB Berlin

PrPr éé sent

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Photonics E

urope P

hotonics Europe

04; H. R

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Mémoires holographiques : etat de l’art et défitscmdo.cnrs.fr/IMG/pdf/Pauliat_JNCO_2007.pdf · ref = 25°; n = 1,5 Pour l’illustation θ im.moyen = 25°; θ ref de 45° à 70°