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Kevin Contreras Villalobos
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Thesee
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Université de Paris Sud XI
Faculté des Sciences d’Orsay
Thèse de doctorat
Présentée pour obtenir le grade
Docteur en Sciences Physiques de l’Université Paris-Sud XI
Specialité : Physique
par Kevin Contreras Villalobos
Sujet:
Conception, validation et mise en œuvre d’une architecture de
stockage de données de très haute capacité basée sur le principe de la
photographie Lippmann
Date de soutenance : 4 février 2011 devant le jury composé de :
Mme. Christiane CARRÉ Examinatrice
M. Alain CORNET Examinateur
M. Pal KOPPA Rapporteur
M. Loïc MAGER Rapporteur
M. Gilles PAULIAT Directeur de thèse
M. Jean TABOURY Examinateur
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ii
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À toute ma famille (Paris, Lima)
iii
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iv
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“Si supiera lo que estoy haciendo, no la llamaría investigación”
Albert Einstein
“Photography is a scientific and artistic exercise of prime order and
a fortunate extension of our visual sense. Through her we live more fully,
because we can see more and better. Thanks to her, the fugitive registry
of our collections is converted into an abundant library of images,
where each leaf represents a page of our existence and
a relived aesthetic pleasure.”
Santiago Ramon y Cajal (1912)
“Life is short and progress is slow”
Gabriel Lippmann (1908)
“Hay, hermanos, muchísimo que hacer”
César Vallejo, poéte péruvien
“Al Perú yo lo llevo en las entrañas porque en él nací, crecí, me formé, y
viví aquellas experiencias de niñez y juventud”
Mario Vargas Llosa (2010)
v
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vi
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Table de Matières
Remerciements ……………………………………………………………………………. 1
Liste de figures 3
Introduction générale …………………………………………………………………….. 9
Chapitre 1 : Etat de l’art du stockage holographique de données ……………………11
1. La famille des disques surfaciques (CD, DVD et BD) ……………………………...11
2. Les technologies en lice……………………………………………………………..12
2.1 Technologies en utilisant le stockage en surface ... 13
2.1.1 Lentilles à immersion liquide ………………………………………….. 13
2.1.2 Super Résolution, type SuperRens ………………. 13
2.2 Technologies en utilisant le stockage en volume…………………………….... 14
2.2.1 Volumétrique à deux photons …………………………………………. 14
2.2.2 « Hole Burning » spectral ………………………………………………15
2.2.3 Holographie ……………………………………… 15
3. Le stockage holographique / principe …………………………………………….. 15
3.1 Principe et terminologie du stockage holographique …………………………. 15
3.2 Sélectivité de Bragg ……………………………………………………………. 17
3.3 Multiplexage de données ……………………………………………………… 19
3.3.1 Multiplexage angulaire ………………………………………………… 19
3.3.2 Multiplexage en longueur d’onde ……………………………………… 19
3.3.3 Récapitulatif des principales techniques de multiplexage …………….... 19
4. État de l’art des mémoires holographiques ………………………………………… 22
4.1 Approche par pages de données …………………………………………………22
4.1.1 Architecture InPhase Technologies ……………………………………. 23
4.1.2 Architecture colinéaire ………………………………………………….. 24
4.1.3 Architecture contra-propageante de Thomson ………………………… 25
4.2 Approche bit à bit ……………………………………………………………….. 26
4.3 Matériau d’enregistrement …………………………………………………….... 27
4.3.1 Principales caractéristiques……………………… 27
4.3.2 Photoréfractifs …………………………………………………………… 29
4.3.3 Photopolymères ………………………………………………………….. 29
vii
tel-00580714, version 1 - 29 Mar 20114.3.4 Thermoplastiques ………………………………………..……………… 30
5. Architecture de « Lippmann » ……………………......……………………………... 30
5.1 Présentation de la photographie interférentielle ……………………………….. 30
5.2 Mémoires de « Lippmann » bit à bit …………… 31
5.2.1 Premiers développements …………………………………………………. 31
5.2.2 Approche bit à bit avec microfibres ………. 32
5.2.3 Approche bit à bit homodyne ………………………………………………33
5.3 Objectif de la thèse : approche « Lippmann » par page de données …………...... 34
6. Références …………………………………………………………………………… 36
Chapitre 2 : Modélisation d’une mémoire de type Lippmann …………………………. 41
1. Introduction …………………………………………………………………………. 41
2. Analyse comparative des approches de Denisyuk et de Lippmann ………………… 41
2.1 Holographie de Denisyuk ………………………………………………………. 41
2.2 Photographie Lippmann …………………………………………………………43
3. Modélisation ………………………………………………………………………… 45
3.1 Configuration, notations et principe …………………………………………… 45
3.2 Modélisation de la propagation…………………………………………………. 46
3.2.1 Équations de la propagation ……………………………………………... 46
3.2.2 Structure du programme………………………………………………….. 47
3.3 Choix des échantillons ……………………………………………………………48
3.3.1 Pas d’échantillonnage ……………………….. 48
3.3.2 Épaisseur maximale modélisable …………………………………………. 49
4. Résultats des simulations……………………………………………………………... 49
4.1 Comparaison Denisyuk et Lippmann…………………………………………….. 49
4.1.1 Simulations……………………………………………………………….... 49
4.1.2 Analyse et interprétation ………………………… 51
4.1.3 Optimisation de l’écriture en Lippmann …………. 52
4.2 Configuration de Lippmann sous les conditions optimisées……………………... 53
4.2.1 Sélectivité en longueur d’onde …………………………………………… 53
4.2.2 Résolution et rapport signal sur bruit des images relues ………………... 54
4.2.3 Efficacité de diffraction …………………………………………………… 58
4.2.4 Influence de la rareté des pixels…………………………………………... 59
4.2.5 Introduction d’un espace entre le milieu photosensible et le miroir …….. 61
4.2.6 Tolérances ……………………………………….. 63
5. Conclusion …………………………………… 64
viii
tel-00580714, version 1 - 29 Mar 20116. Références …………………………………………………………………………… 65
Chapitre 3 : Conception et réalisation du montage expérimental ……………………. 67
1. Introduction …………………………………………………………………………. 67
2. Conception de la partie optique du montage …….. 68
2.1 Schéma du principe ……………………………………………………………… 68
2.2 Choix de l’objectif de microscope ……………………………………………….. 69
2.3 Choix de la caméra 70
2.4 Choix des objectifs vidéo ……………………………………………………….... 71
2.4.1 Sélection ………………………………………………………………….. 71
2.4.2 Caractérisation …………………………………………………………… 72
2.5 Choix du dispositif d’éclairage……………………………………………………. 72
2.6 Choix de la séparatrice …………………………………………………………… 73
2.7 Conception optique du montage …………………………………………………. 73
3. Masque et modulateur d’images ………………………………….... 75
3.1 Masques en chrome ……………………………… 75
3.2 Modulateur de lumière …………………………………………………………… 77
4. Opto-mécanique ………………………………………………………………………. 78
4.1 Platine de translation de l’objectif ………………………………………………... 78
4.2 Plateau inclinable pour le matériau d’enregistrement …………………………… 79
4.3 Platines de translation XY ……………………………………………………….. 79
4.4 Conception du montage ………………………….. 79
5. Choix et conception de la source lumineuse …………………………………………. 80
6. Support d’enregistrement ……………………… 82
6.1 Choix du matériau photosensible ……………………………………………….... 82
6.2 Montage du substrat …………………………….. 83
6.3 Caractérisation des plaques ……………………… 84
7. Procédure du réglage ………………………………………………………………