L'effet photoréfractif
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- Au chapitre 3, nous introduirons les différents effets électro-optiques qui sont responsables
de la création dune variation d'indice induite par ce champ électrique. Nous montrerons
comment calculer ces modulations d'indice.
- Nous traiterons de la diffraction d'une onde optique sur un réseau d'indice statique dans le
chapitre 4. Ce traitement est justifié car la période de l'onde est toujours très inférieure à la
constante de temps de croissance de l'effet photoréfractif. Nous regrouperons ensuite tous les
résultats obtenus pour étudier la propagation de deux (chapitre 5 ) et quatre (chapitre 6)
faisceaux qui inscrivent un réseau et qui simultanément s'autodiffractent sur ce réseau induit.
- Pour finir, dans le chapitre 7, nous présenterons les caractéristiques de quelques matériaux
photoréfractifs.
2. ENREGISTREMENT D'UN RÉSEAU DE CHAMP ÉLECTRIQUE
2.1 Présentation de l'effet photoréfractif
Le mécanisme physique responsable de l'effet photoréfractif a été compris [3] peu après sa
découverte. I1 apparaît toujours dans des matériaux électro-optiques et photoconducteurs.
L'absorption dun photon permet à une charge électrique (électron ou trou) de passer d'un site
à un autre. Ce déplacement peut s'effectuer sans étape intermédiaire par un saut direct d'un
site à l'autre, ou alors par l'entremise de porteurs de charge libres se déplaçant sous l'effet de
l'agitation thermique ou d'un champ électrique. Pour une illumination non uniforme, la
redistribution des charges électriques engendre un champ électrique modulé spatialement dit
de charge d'espace. C'est ce champ qui produit une variation de l'indice de réfraction par un
effet électro-optique.
Cette description sommaire suffit à faire ressortir les caractéristiques principales de
l'effet photoréfractif.
* I1 est sensible à l'énergie reçue ce qui permet d'induire des variations d'indice aussi
bien avec des faisceaux laser continus de faibles puissances qu'avec des faisceaux laser
impulsionnels brefs et plus puissants.
* Contrairement à ce qui se passe pour des plaques photographiques, il n'y a aucun
blanchiment de l'effet. Un équilibre est atteint lorsque le champ de charge d'espace créé par le
déplacement des charges électriques s'oppose à tout nouveau déplacement de charge.
* I1 possède une certaine inertie. Le temps nécessaire pour construire le champ de charge
d'espace (donc la variation d'indice) dépend de l'efficacité du mécanisme de transfert de
charge et de la rapidité avec laquelle est délivrée l'énergie optique. Par exemple après passage
d'une impulsion lumineuse, la variation d'indice met un certain temps pour se construire,
temps nécessaire pour que les charges excitées se déplacent significativement.
* I1 est totalement réversible. Toute variation locale d'indice est effacée par un
éclairement uniforme qui redistribue les charges dans le matériau. L'excitation thermique
redistribue également ces charges uniformément ce qui efface aussi la variation d'indice. Le
chauffage du matériau accélère cette redistribution.
* I1 possède un effet mémoire. Dans l'obscurité, la distribution de charge, est figée et la
variation d'indice induite persiste. La durée de mémorisation dépend de la conductivité dans
l'obscurité. Si pour certains matériaux elle est inférieure à la seconde, elle peut atteindre
plusieurs années dans d'autres.
* Les matériaux photoréfractifs sont sensibles sur une large plage de longueurs d'onde.
La gamme de sensibilité varie dune classe de matériaux à une autre (en général visible pour
les isolants à grande largeur de bande interdite, proche infrarouge pour les semi-conducteurs).
Pour les cristaux, elle dépend aussi du dopage. Pour tous, la sensibilité décroît aux grandes
longueurs d'onde. La lecture non destructive de la variation d'indice (récupération de
l'information stockée sans effacement) est possible au moyen de faisceaux de longueurs
d'onde supérieures à celle utilisée pour l'enregistrement.
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- Au chapitre 3, nous introduirons les différents effets électro-optiques qui sont responsables
de la création dune variation d'indice induite par ce champ électrique. Nous montrerons
comment calculer ces modulations d'indice.
- Nous traiterons de la diffraction d'une onde optique sur un réseau d'indice statique dans le
chapitre 4. Ce traitement est justifié car la période de l'onde est toujours très inférieure à la
constante de temps de croissance de l'effet photoréfractif. Nous regrouperons ensuite tous les
résultats obtenus pour étudier la propagation de deux (chapitre 5 ) et quatre (chapitre 6)
faisceaux qui inscrivent un réseau et qui simultanément s'autodiffractent sur ce réseau induit.
- Pour finir, dans le chapitre 7, nous présenterons les caractéristiques de quelques matériaux
photoréfractifs.
2. ENREGISTREMENT D'UN RÉSEAU DE CHAMP ÉLECTRIQUE
2.1 Présentation de l'effet photoréfractif
Le mécanisme physique responsable de l'effet photoréfractif a été compris [3] peu après sa
découverte. I1 apparaît toujours dans des matériaux électro-optiques et photoconducteurs.
L'absorption dun photon permet à une charge électrique (électron ou trou) de passer d'un site
à un autre. Ce déplacement peut s'effectuer sans étape intermédiaire par un saut direct d'un
site à l'autre, ou alors par l'entremise de porteurs de charge libres se déplaçant sous l'effet de
l'agitation thermique ou d'un champ électrique. Pour une illumination non uniforme, la
redistribution des charges électriques engendre un champ électrique modulé spatialement dit
de charge d'espace. C'est ce champ qui produit une variation de l'indice de réfraction par un
effet électro-optique.
Cette description sommaire suffit à faire ressortir les caractéristiques principales de
l'effet photoréfractif.
* I1 est sensible à l'énergie reçue ce qui permet d'induire des variations d'indice aussi
bien avec des faisceaux laser continus de faibles puissances qu'avec des faisceaux laser
impulsionnels brefs et plus puissants.
* Contrairement à ce qui se passe pour des plaques photographiques, il n'y a aucun
blanchiment de l'effet. Un équilibre est atteint lorsque le champ de charge d'espace créé par le
déplacement des charges électriques s'oppose à tout nouveau déplacement de charge.
* I1 possède une certaine inertie. Le temps nécessaire pour construire le champ de charge
d'espace (donc la variation d'indice) dépend de l'efficacité du mécanisme de transfert de
charge et de la rapidité avec laquelle est délivrée l'énergie optique. Par exemple après passage
d'une impulsion lumineuse, la variation d'indice met un certain temps pour se construire,
temps nécessaire pour que les charges excitées se déplacent significativement.
* I1 est totalement réversible. Toute variation locale d'indice est effacée par un
éclairement uniforme qui redistribue les charges dans le matériau. L'excitation thermique
redistribue également ces charges uniformément ce qui efface aussi la variation d'indice. Le
chauffage du matériau accélère cette redistribution.
* I1 possède un effet mémoire. Dans l'obscurité, la distribution de charge, est figée et la
variation d'indice induite persiste. La durée de mémorisation dépend de la conductivité dans
l'obscurité. Si pour certains matériaux elle est inférieure à la seconde, elle peut atteindre
plusieurs années dans d'autres.
* Les matériaux photoréfractifs sont sensibles sur une large plage de longueurs d'onde.
La gamme de sensibilité varie dune classe de matériaux à une autre (en général visible pour
les isolants à grande largeur de bande interdite, proche infrarouge pour les semi-conducteurs).
Pour les cristaux, elle dépend aussi du dopage. Pour tous, la sensibilité décroît aux grandes
longueurs d'onde. La lecture non destructive de la variation d'indice (récupération de
l'information stockée sans effacement) est possible au moyen de faisceaux de longueurs
d'onde supérieures à celle utilisée pour l'enregistrement.