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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]
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2Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
Brevets publiés
Recherche sur Esp@cenet avec “(hologram or holographic) and (storage or memory)”
200
150
100
50
0
Nom
bre
de b
reve
ts
2000199019801970Année
Cassette vidéo1975 CD
1983
FujitsuLG ElectronicsDaewoo ThomsonSony Corp.TDK CorpPhilips ElectronicsCanonNTTToshibaSamsung ElectronicsImationGeneral Electrics…
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3Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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4Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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5Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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6Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
Skr
rkr
Rkr
modulateur
rkr
caméra
2π a
Capacité de stockageEnregistrement Lecture
rkr
Rkr
r k S
rkr
Rkr
2π l
xz
Espace des vecteurs «réseaux»
∅ = 2 2 πλ
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7Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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8Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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9Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
Espace des vecteurs «réseaux»
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10Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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11Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
+ codage
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12Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
Mémoire holographique InPhase
λ/2
λ/2
Laser407 nm
Isolateur +Obturateur
Filtre spatial Filtre polytopic
Lecture par conjugaison de phase
Cam
éraSLM
+ traitement+ décodage
Multiplexage polytopic K. Anderson et al. InPhase
Lectureλ/2
disque
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13Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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14Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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15Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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16Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
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17Gilles Pauliat / JNCO / 4 Juillet 07
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
sent ééàà
Photonics E
urope P
hotonics Europe
04; H. R
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