Présentation
Auteur(s)
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Vincent LAUDE : Ingénieur de l’École supérieure d’optique, docteur ès sciences, ingénieur au Laboratoire central de recherches (LCR) Thomson-CSF
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Jean-Pierre HUIGNARD : Ingénieur de l’École supérieure d’optique, docteur-ingénieur, chef de laboratoire au Laboratoire central de recherches (LCR) Thomson-CSF
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Pierre CHAVEL : Ancien élève de l’École normale supérieure de Saint-Cloud, docteur ès sciences, directeur de recherche, Institut d’optique, CNRS URA 14
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le calcul optoélectronique est un sujet de recherches important depuis plus d’une dizaine d’années. Il commence cependant seulement de nos jours à émerger des laboratoires pour gagner le monde industriel, en offrant une alternative à la solution tout électronique pour certaines applications.
Durant de nombreuses années, les concepts validés en laboratoire se sont heurtés à une sévère réalité technologique constituée par l’absence de composants d’interface optique/électronique. De plus, les lasers existant étaient souvent trop encombrants pour envisager la miniaturisation nécessaire à l’éventuelle application de ces processeurs. Depuis ces dernières années, cette situation technologique a rapidement évolué. Non seulement sont apparus des lasers compacts présentant les puissances nécessaires en régime continu (environ 0,1 W), mais les progrès en matière d’écrans à cristaux liquides ont permis de disposer de l’élément essentiel que constituent les modulateurs spatiaux de lumière. Il est ainsi actuellement possible d’écrire à la cadence vidéo une image de 500 × 500 pixels sur un faisceau optique, et cette taille sera dans un futur proche de 1 000 × 1 000 pixels, puisque les applications grand public des écrans à cristaux liquides entraînent un développement industriel important de ces technologies. L’existence de capteurs CCD (Charge Coupled Device) de grande résolution et de petite taille complète la liste des éléments qui permet d’affirmer qu’une nouvelle étape apparaît pour le calcul optoélectronique. Elle se concrétise par l’apparition d’études algorithmiques appliquées aux processeurs optiques. La recherche de solutions hybrides optique/électronique profite au mieux des atouts de chacune de ces technologies, qu’il s’agisse de processeurs numériques, analogiques ou mixtes.
Les principales applications identifiées actuellement exploitent le parallélisme inhérent aux architectures optiques (traitement d’images, interconnexions optiques) ainsi que la faculté d’obtenir aisément la transformée de Fourier d’une image (corrélation, analyse de spectre).
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1989 par Pierre LAPOSTOLLE
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Architectures2. Composants
2.1 Modulateurs spatiaux de lumière
Les modulateurs spatiaux de lumière (SLM) sont des composants d’interface essentiels car ils permettent de transférer une image numérique ou analogique sur un faisceau optique.
Il existe de nombreux types de SLM fonctionnant suivant des principes différents. Les plus utilisés actuellement sont les modulateurs à cristaux liquides adressés électriquement, dont le principe est représenté schématiquement sur la figure 5. Un tel SLM est constitué d’une matrice de pixels délimités par des électrodes. L’espacement entre pixels varie communément entre 15 et 200 µm, et le nombre des pixels varie typiquement entre 256 × 256 et 1 000 × 1 000. Le taux de remplissage de la matrice est de l’ordre de 60 à 80 %, ce qui conduit à des pertes équivalentes par masquage, de 20 à 40 % environ. Chaque pixel est contrôlable individuellement par une tension de commande appliquée uniformément à sa surface par l’intermédiaire des électrodes ligne et colonne. Sous l’effet du champ électrique ainsi appliqué, les molécules de cristal liquide se réorientent, provoquant un changement de la polarisation de l’onde optique traversant le pixel [7]. Suivant le type du cristal liquide employé, les SLM précédents présentent des temps de réponse variant de 50 ms environ (cristaux nématiques) à 10 µs ou moins (cristaux ferroélectriques).
La modulation de polarisation peut être aisément transformée en une modulation d’amplitude et/ou de phase en adjoignant au SLM un polariseur et un analyseur. La modulation d’amplitude est celle qui est utilisée en vidéo-projection, où le SLM est employé comme une diapositive reprogrammable. La modulation de phase est similaire à l’action d’éléments optiques tels que les lentilles ou les prismes, qui focalisent ou dévient les faisceaux sans les atténuer. On voit donc qu’en combinant à la fois modulation d’amplitude et de phase, il est possible de contrôler complètement un front d’onde optique, ce qui ouvre des champs d’applications très vastes ne se limitant pas au seul calcul optoélectronique (holographie synthétique, optique adaptative, etc.).
On étudie également des SLM à l’état solide, rapides et compatibles avec la technologie de l’optoélectronique (matériaux semiconducteurs...
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