FR2678093A1 - Dispositif photorefractif. - Google Patents

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Abstract

Il est destiné à être exposé à un rayonnement d'inscription qui est prévu pour créer un réseau de franges d'interférence dans le dispositif, et à un rayonnement de lecture qui diffracte le réseau créé, et comprend au moins un motif élémentaire (1) comportant un matériau électro-optique (6) qui a un coefficient électro-optique élevé vis-à-vis du rayonnement de lecture, qui est transparent à celui-ci et qui est encadré par des matériaux photoconducteurs (2, 4). Ces derniers sont transparents au rayonnement de lecture et, sous l'effet du rayonnement d'inscription, sont aptes à engendrer respectivement des électrons et des trous ayant une mobilité élevée. Application au traitement optique de signaux.

Description

DISPOSITIF PHOTOREFRACTIF
DESCRIPTION
La présente invention concerne un dispositif photoréfractif, c'est-à-dire un dispositif dans lequel est susceptible de se manifester l'effet photoréfractif.
Des explications sur cet effet photoréfractif sont données dans le document suivant
(1) L'effet photoréfractif, David PEPPER,
Jack FEINBERG, Nicolai KUKHTAREV, Pour la Science, n0158, décembre 1990, pages 58 à 64.
On consultera également
(2) Topics in Applied Physics, Springer
Verlag, vol.61, Photorefractive materials and their applications, Tome 1, Chapitre 8, The Photorefractive
Effect in Semiconductors, Alastair M Glass and
Jefferson Strait.
Le dispositif objet de l'invention peut servir de dispositif d'enregistrement holographique réinscriptible.
Suivant le choix des constituants élémentaires du dispositif objet de l'invention, ce dispositif d'enregistrement holographique réiscriptible peut être sensible dans le domaine visible ou dans le domaine du proche infrarouge,
La présente invention a entre autres ccmn;-e applications, toutes celles d'un dispositif d'enregistrement holographique réinscriptible, en particulier :
- la déflexion de faisceaux lumineux,
- la réaLisation d'interconnexions optiques reconfigurables,
- la réalisation de miroirs à conjugaison de phase, et
- la réalisation de dispositifs de traitement optique de signaux qui peuvent être analogiques ou numériques.
Dans le cas de signaux analogiques, la présente inventicn s'applique par exemple à la réalisation de dispositifs de corrélation optique et, dans le cas signaux numériques, à la réalisation de matrices de portes logiques optiques.
Depuis plusieurs années, les matériaux photoréfractifs constituent la classe de dispositifs d'enregistrement holographique réinscriptible la plus étudiée pour toutes les applications de l'holographie dynamique.
Le principe de l'effet photoréfractif est le suivant : des porteurs de charge sont photo-excités sous l'effet d'un éclairement inhomogène tel qu'une figure d'interférence et sont redistribués de façon inhomogène, créant ainsi un champ de charge d'espace.
Ce champ de charge d'espace induit, par effet électro-optique, une variation d'indice de réfraction, qui est "l'image" - à un éventuel décalage spatial prés - de la figure d'interférence initiale.
Les deux éléments fondamentaux de l'effet photoréfractif sont ainsi la photoconductivité et l'effet électro-optique.
Le plus souvent, cet effet électro-optique est L'effet POCKELS et il faut alors utiliser des matériaux photoréfractifs sous la forme de monocristaux massifs qui peuvent se présenter sous la forme de parallélépipède dont chacune des arêtes vaut quelques millimètres.
Par rapport à beaucoup d'autres effets optiques non linéaires, L'effet photoréfractif a une caractéristique originale : il est sensible à l'énergie lumineuse par unité de surface et non pas à L'intensité lumineuse du rayonnement d'inscription.
Ceci résulte de L'effet d'intégration inhérent à la constitution du champ de charge d'espace : le nombre de charges déplacées par unité de temps est proportionnel au flux de photons.
On peut ainsi considérer que la variation d'indice de réfraction dN augmente, en un temps appelé "temps de réponse" et noté "tau", qui est inversement proportionnel à L'intensité lumineuse incidente, jusqu a atteindre une valeur limite dNmax.
Les matériaux photoréfractifs connus peuvent être classés dans deux catégories du point de vue de leurs performances
- matériaux lents présentant un effet important à saturation tels que LiNbO , BaTiO3, KNbO
3 3 (BaSr)Nb 206 (SBN) par exemple,
- matériaux rapides présentant un effet faible à saturation, tels que sillénites (Bi12SiO20, Bi GeO , Bi TiO ) et semiconducteurs (GaAs, InP,
12 20
CdTe, GaP) par exemple.
Lorsqu'on prend en compte La variation d'indice de réfraction par unité d'intensité lumineuse
3 dN/I, qui est fonction du facteur de mérite N .r/eps (où I, N, r et eps représentent respectivement l'intensité du rayonnement d'inscription, l'indice de réfraction du matériau, le coefficient effectif électro-optique linéaire du matériau et la constante diélectrique de ce matériau), on se rend compte que tous les matériaux photoréfractifs massifs connus ont des caractéristiques identiques à un facteur 10 près.
L'interêt des matériaux GaAs, InP et CdTe est de présenter une sensibilité appréciable aux longueurs d'ondes utilisées dans le domaine des télécommunications optiques.
Les matériaux photoréfractifs connus présentent un inconvénient il n'est pas possible de trouver de tels matériaux qui présentent simultanément un temps de réponse court à une excitaticn optique et une variation d'indice de réfraction dN éLevée.
Pour résoudre ce problème, diverses solutions ont été essayées
10 Application d'un champ électrique pour augmenter le champ de charge d'espace.
Ceci a été fait avec succès pour les sillénites et les semiconducteurs.
Cependant, il en résulte un certain accroissement (qui peut aller de 10 à 100) de la constante de temps par rapport au fonctionnement en champ nul et, surtout, l'apparition d'un photo courant, consécutif à l'application d'un champ électrique, limite L'intensité maximale pouvant être supportée par le cristal photoréfractif et, de ce fait, le temps de réponse ne peut pas être rendu aussi court qu'il L'est lorsqu'aucun champ n'est appliqué.
20 Application d'un champ électrique pour augmenter le coefficient électro-optique effectif.
Si la longueur d'onde d'utilisation est proche de celle qui correspond à la largeur de la bande interdite du matériau, I'électroréfraction (effet
Franz-Keldysh) devient importante et peut conduire à un coefficient électro-optique effectif (proportionnel au champ) plusieurs fois supérieur au coefficient électrooptique linéaire.
Cet effet résonant (contrairement à L'effet photoréfractif standard), combiné avec l'effet d'accroissement du champ de charge d'espace, permet d'atteindre les valeurs-limites dNmax les plus élevées dans les semiconducteurs massifs.
Cependant, les limitations de "vitesse" dues au photocourant restent les mêmes que dans le cas exposé au paragraphe 10 ci-dessus, c'est-à-dire que Le temps de réponse à une excitation optique reste assez important.
30 Utilisation d'une structure à multipuits quantiques ("Multiple Quantum Wells" dans les articles en langue anglaise) pour augmenter L'électroréfraction.
Il est connu que L'effet d'électroréfraction peut être sensiblement accru lorsqu'on passe d'un matériau massif à une structure à multipuits quantiques.
Ceci trouve des applications dans le domaine de la modulation de la lumière en configuration guidée ou perpendiculaire au substrat.
On se reportera au document suivant :
(3) Resonant photodiffractive effect in semiinsulating multiple quantum wells, D.D. NOLTE, D.H.
OLSON, G.E. DORAN, W.H. KNOX et A.M. GLASS, J. Opt.
Soc. Am.B, vol.7, n011, Novembre 1990, pages 2217 à 2225.
Dans le domaine de l'effet photoréfractif, ce document (3) a démontré la possibilité d'obtenir des rendements de diffraction significatifs (à travers 1 micromètre de matériau actif).
La technique proposée dans ce document (3) consiste à rendre semi-isolante une structure à multipuits quantiques GaAs/AlGaAs par implantation de protons.
Par rapport aux techniques qui ont été exposées ci-dessus, on n'utilise le champ électrique que pour accroitre le coefficient électro-optique effectif et non pour une contribution au déplacement des charges dans la structure à multipuits quantiques.
De ce fait, on perd les avantages de La technique exposee au paragraphe 10 mais on a la possibilité d'utiliser des temps de réponse courts.
Un autre intérêt d'une structure à multipuits quantiques, par rapport à une structure massive, est la possibilité d'ajuster la longueur d'onde de fonctionnement pour une application donnée.
Cependant les rendements de diffraction obtenus avec cette technique exposée dans le document
-5 (3) sont de l'ordre de 10 et sont donc trop faibles pour Les applications envisagées plus haut quant aux dispositifs d'enregistrement holographiques réinscriptibles.
Pour remédier à cet inconvénient, une solution possible consiste à augmenter L'épaisseur de matériau actif mais, dans ce cas, la technique de croissance et, plus encore, la technique d'implantation sont inappropriées et on est donc conduit à rechercher turbe structure à multipuits quantiques optimisée pour ces effets électro-optiques et contenant un centre profond avec un niveau d'énergie et une concentration bien choisis, ce qui peut conduire à une optimisation délicate.
En fin de compte, avec les matériaux photoréfractifs connus, il est impossible d'avoir simultanément
- une rapidité d'établissement du réseau d'indice de réfraction (rapidité qui est liée notamment à la mobilité mu des porteurs de charges et
- une amplitude importante pour le réseau d'indice photo-induit, amplitude qui est liée à la
3 valeur du coefficient de mérite électro-optique N .r/2.
Ainsi, le plus rapide des matériaux connus
2 est InP:Fe (mu de l'ordre de 3000 cm /V.s) et. des réseaux peuvent être enregistrés par effet photoréfractif dans les semiconducteurs (tels que GaAs,
InP et CdTe) en quelques dizaines de picosecondes, avec
2 des flux lumineux de l'ordre de 1mJ/cm à 1,06 micromètre.
Par contre, le coefficient de mérite du matériau InP vaut seulement 25 pm/V.
A l'inverse, certains matériaux à structure perovskite ont un coefficient de mérite de l'ordre de 1000/V mais avec des mobilités bien inférieures à 0,1 cl /V.s.
Il est peut vraisemblable que l'on parvienne à trouver un matériau photoréfractif possédant simultanément les deux qualités de rapidité et de grande amplitude mentionnées plus haut.
Dans le domaine des basses intensités
2 lumineuses (de l'ordre de 10 mW/cm ), qui sont fournies par exemple par des lasers Nd:YG pompés par diode, il est possible d'appliquer un champ électrique continu (de l'ordre de 10 kV/cm) sur InP pour compenser partiellement la faiblesse du coefficient électrooptique (les temps de réponse sont, dans ces conditions, de L'ordre de 50 à 100 ms) mais l'augmentation du courant en présence des fortes intensités requises pour abaisser le temps de réponse ne serait-c-e qu'à une microseconde- interdit de recourir à ce procédé dans le domaine des fortes intensités lumineuses.
La présente invention résout le problème suivant : trouver une structure photoréfractive, ou dispositif photoréfractif, qui présente à la fois les deux qualités suivantes
- une rapidité d'établissement du réseau d'indice de réfraction dans ce dispositif lors d'une excitation optique appropriée, c'est-à-dire un court temps de réponse à cette excitation, et
- une grande amplitude de ce réseau d'indice, c'est-à-dire une grande variation d'indice.
Pour résoudre ce problème, le dispositif photoréfractif objet de L'inventicn qui est destiné à être exposé à un rayonnement d'inscription prévu pour créer un réseau de franges d'interférence dans le dispositif, et à un rayonnement de lecture que diffracte le réseau créé, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un motif élémentaire, chaque motif élémentaire comportant
- un matériau électro-optique qui a un coefficient électro-optique élevé vis-à-vis du rayonnement de lecture et qui est transparent à ce dernier, et
- un premier matériau photoconducteur et un deuxième matériau photoconducteur qui encadrent le matériau électro-optique, qui sont transparents au rayonnement de lecture et qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, sont aptes à engendrer respectivement des électrons ayant une mobilité élevée et des trous ayant une mobilité élevée.
Ainsi, en éclairant une face du dispositif avec le rayonnement d'inscription, on crée un champ électrique périodique dans les premier et deuxième matériaux photoconducteurs et ce champ induit une variation d'indice de réfraction dans le matériau électro-optique du dispositif.
Par coefficient électro-optique élevé, on entend un coefficient un coefficient électro-optique au moins égal à 500 pm/V.
Par "mobilité élevée", on entend une mobilité 2 au moins égale à 1Ocm /V.s.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le premier matériau photoconducteur est un semiconducteur transparent au rayonnement de lecture et comportant dans sa bande interdite, un niveau d'énergie partiellement occupé qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des électrons, ayant une mobilité élevée, vers la bande de conduction de ce semiconducteur ("photoconducteur de type n"), et le deuxième matériau photoconducteur est un semiconducteur transparent au rayonnement de lecture et comportant, dans sa bande interdite, un niveau d'énergie partiellement occupé qui, sous L'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des trous, ayant une mobilité élevée, vers la bande de valence de ce semiconducteur constituant le deuxième matériau photoconducteur ("photoconducteur de type p").
De préférence, Les niveaux d'énergie correspondant respectivement aux premier et deuxième matériaux photoconducteurs sont des niveaux profonds.
Le dispositif est alors plus facile à utiliser avec de faibles intensités lumineuses d'excitation.
Dans une réalisation particulière, les premier et deuxième matériaux photoconducteurs sont faits à partir d'un même matériau semiconducteur avec des dopages différents rendant le premier matériau photoconducteur de type n et le deuxième matériau photoconducteur de type p.
De préférence, L'épaisseur du matériau électro-optique est de L'ordre de grandeur du pas des franges d'interférence.
Cette épaisseur peut être de L'ordre de 0,5 micromètre à 1 micromètre.
Le matériau électro-optique peut avoir une structure de multipuits quantiques.
En variante, le matériau électro-optique peut être sous la forme d'une couche simple.
Le dispositif objet de L'invention peut comprendre une pluralité de motifs élémentaires.
Enfin, chaque motif élémentaire est, de préférence, séparé d'un motif élémentaire adjacent par une couche d'isolation qui est transparente au rayonnement de lecture et qui constitue un écran éLectrique entre les matériaux photoconducteurs respectifs de ces motifs élémentaires.
La présente inventicn sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention, qui comporte un seul motif élémentaire et dont le matériau électro-optique a une structure de multipuits quantiques,
- la figure 2 illustre schématiquement une émission d'électrons vers La bande de conduction du matériau semiconducteur constituant le premier matériau photoconducteur du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 illustre schématiquement une émission de trous vers la bande de valence du matériau semiconducteur constituant le deuxième matériau photoconducteur du dispositif de la figure 1,
- la figure 4 illustre schématiquement un dispositif conforme à l'invention, comportant une pluralité de motifs élémentaires, chacun de ces derniers comportant un matériau électro-optique ayant une structure de multipuits quantiques, et
- la figure 5 représente schématiquement un autre dispositif conforme à l'invention, qui comporte un seul motif élémentaire et dont le matériau électrooptique est sous la forme d'une couche simple.
Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, comprend un seul motif élémentaire 1.
Lors de son utilisation, il est exposé à un rayonnement d'inscription, ou rayonnement d'excitation, qui crée un réseau de franges d'interférence dans le dispositif et dont on aperçoit les deux faisceaux Ril et Ri2 qui interfèrent.
Pendant que le dispositif est exposé au rayonnement d'inscription ou après cette exposition, on envoie un rayonnement de lecture Rl, ou rayonnement d'utilisation, sur le dispositif.
Le motif élémentaire 1 comporte deux couches photoconductrices 2 et 4 et une multicouche électrooptique 6 à structure de multipuits quantiques, qui est comprise entre les couches photoconductrices 2 et 4.
La multicouche 6 a un coefficient électrooptique élevé vis-à-vis du rayonnement de lecture et elle est transparente à ce dernier.
Les couches 2 et 4 sont des couches semiconductrices dont les porteurs majoritaires respectifs ont une mobilité élevée et qui sont transparentes au rayonnement de lecture.
Le matériau semiconducteur de la couche 2 est un photoconducteur de type n et, plus précisément, comporte dans sa bande interdite un niveau d'énergie profond qui est partieLlement occupé et qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des électrons vers la bande de conduction de ce matériau semiconducteur.
Ceci est illustré schématiquement par la figure 2 sur laquelle BV1, BC1 et NP1 représentent respectivement la bande de valence, la bande de conduction et le niveau profond qui sont relatifs à la couche semiconductrice 2, la flèche Fl symbolisant ltémission d'électrons à partir du niveau profond NP1 vers la bande de conduction BC1. De manière classique, l'axe E représente l'axe des énergies électroniques.
Le matériau semiconducteur de la couche 4 est, au contraire, un photoconducteur de type p et, plus précisément, comporte dans sa bande interdite un niveau d'énergie profond qui est partiellement occupé et qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des trous vers la bande de valence de ce matériau semiconducteur de la couche 4.
Ceci est schématiquement illustré par la figure 3 sur laquelle BV2, BC2 et NP2 représentent respectivement la bande de valence, la bande de conduction et le niveau profond du matériau semiconducteur de la couche 4.
La flèche F2 de la figure 3 symbolise le passage d'électrons de la bande de valence BV2 au niveau NP2 (c'est-à-dire l'émission de trous à partir du niveau profond NP2 vers la bande de valence BV2) sous l'effet du rayonnement d'excitation.
Lors de L'utilisation du dispositif représenté sur la figure 1, cn envoie, sur L'une des couches 2 et 4 (la couche 2 dans le cas de la figure 1) et parallèlement à un plan P perpendiculaire à cette couche, les deux faisceaux Ril et Ri2 du rayonnement d'inscription. Ces deux faisceaux interfèrent dans le dispositif et, plus précisément, créent une figure d'interférence dans chacune des couches 2 et 4.
De plus, on travaille généralement en transmission et le substrat non représenté sur lequel sont empilées les couches 2, 4 et 6 est alors choisi de façon à être transparent au rayonnement de lecture.
En outre, la multicouche 6 ayant une structure de multipuits quantiques, on polarise en inverse le dispositif de la figure 1, la couche 2 étant d-ans ce cas portée à un potentiel négatif par rapport à la couche 4.
Sur cette figure 1, les strates, que l'on voit dans la couche 2 et dans la couche 4 symbolisent
la figure d'interférence formée.
Sur la figure 1, les signes +++ et symbolisent la redistribution des charges à la suite de la formation de cette figure d'interférence.
On voit que, pour chacune des couches 2 et 4, les strates adjacentes sont affectées de charges opposées et que deux strates appartenant respectivement aux couches 2 et 4 et situées en face L'une de l'autre portent des charges opposées.
Du fait de la création de la figure d'interférence, dont le pas est noté L, le matériau électro-optique constitué par la multicouche 6 subit un champ électrique périodique qui est dirigé suivant un axe Z perpendiculaire aux couches 2 et 4, ce champ étant de plus périodique suivant l'axe X qui est perpendiculaire à l'axe Z et parallèle au plan P.
L'amplitude de ce champ électrique est approximativement égale à :
Ed = (2pi/L).(k.T/e) où pi, k, T et e représentent respectivement le nombre bien connu qui vaut environ 3,14, la constante de
BOLTZMANN, la température du dispositif et la charge de l'électron (les réseaux de charges électriques induites dans les couches 2 et 4 se trouvent, par construction, en opposition de phase).
Ces considérations s'appliquent si l'épaisseur de la multicouche 6 est de l'ordre de grandeur du pas des franges d'interférence (qui vaut par exemple environ 1 micromètre).
Ainsi, lorsque le pas L des franges d'interférence est de l'ordre de 1 micromètre, on peut choisir une épaisseur de L'ordre de 1 micromètre pour la multicouche 6.
En répétant le motif élémentaire de la figure 1 une centaine de fois, on obtient alors une longueur d'interaction satisfaisante de l'ordre de 100 micromètres.
La présente invention, en particulier le dispositif représenté sur la figure 1, se distingue de la structure proposée dans le document (3) par une séparation des fonctions photoconductrice et électrooptique, ce qui conduit à une meilleure optimisation globale.
De plus, l'accroissement d'épaisseur du dispositif, par empilement de plusieurs motifs élémentaires, est relativement plus facile qu'un accroissement d'épaisseur de la structure proposée dans le document (3), du fait de la non-nécessité d'implantation de centres profonds par bombardement de protons.
La multicouche 6 formant le matériau électrooptique du dispositif de la figure 1 est par exemple la structure à multipuits quantiques résultant de l'empilement de 15 motifs InGaAsP/InP 7nm/25nm (dont l'épaisseur totale vaut 1,3 micromètre).
On sait, par le document suivant
(4) "Quaternary quantum wells for electrooptic intensity and phase modulation at 1.3 and 1.55 micrometer" J.E. Zucker, I. Bar-Joseph, N.I. Millet, V.
Koren and D.S. Chemla, Applied Physics Letters, vol.54, n01, Janvier 1989, p.10 à 12 que cette structure à multipuits quantiques particulière a un facteur de mérite électro-optique comparable à BaTiO lorsqu'on travaille à une longueur
3 d'onde correspondant à la résonance excitonique : par application d'un champ électrique de 100 kV/cm, une valeur de 800 pm/V a été obtenue ou voisinage de 1,3 micromètre
On donne ci-après trois exemples pour les couches 2 (dopage de type n) et 4 (dopage de type p)
(a) couche 2 en InP:Ti et couche 4 en InP:Fe
(b) couche 2 en InP:Fe (avec forte concentration en |Fe++| et couche 4 en InP:Fe
(c) couche 2 en InP:Cr (donneur) et couche 4 en InP:Cr (accepteur).
On voit donc que l'on peut utiliser le même matériau semiconducteur (avec des dopages différents) pour réaliser les couches 2 et 4.
Il est également possible d'utiliser deux matériaux semiconducteurs différents, l'un avec Ln dopage de type n pour réaliser la couche 2 et l'autre avec un dopage de type p pour réaliser la couche 4.
La figure 4 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention, comportant une pluralité de motifs élémentaires du genre de celui de la figure 1.
Plus précisément, le dispositif représenté sur la figure 4 comprend, sur tn substrat 8, une pluralité de motifs élémentaires "couche 4-multicouche 6-couche 2" empilés les uns sur les autres, une couche 4 étant ainsi en contact avec le substrat 8.
De préférence, chaque motif élémentaire est séparé du suivant par une couche 10 transparente au rayonnement de lecture Rl, dont l'épaisseur est par exemple de l'ordre de quelques centaines de nanomètres et qui forme un écran électrique entre ces motifs afin que le champ électrique engendré dans la couche 2 d'un motif élémentaire ne soit pas compensé par le champ électrique engendré dans la couche 4 du motif élémentaire adjacent.
Le dispositif de la figure 4 comprend aussi une couche de contact 12 qui recouvre la couche 2 la plus éloignée du substrat 8.
Sur la figure 4, on aperçoit également des contacts électriques 14 disposés au bord du dispositif, l'un des contacts 14 étant sur la couche de contact 12 et l'autre contact 14 sur un bord du substrat 8, le dispositif étant réalisé de façon que ce bord du substrat 8 ne soit pas recouvert par les couches empilées sur le substrat.
La polarisation du dispositif de la figure 4 est réalisée par des moyens de polarisation appropriés 16 permettant une polarisation en inverse de ce dispositif, la couche de contact 12 étant portée à un potentiel positif par rapport au substrat.
A titre purement indicatif et nullement limitatif,
- le substrat 8 est en InP dopé n,
- chaque couche 10 est en InP dopé n
- la couche de contact 12 est en InP dopé p,
- chaque couche 2 est en InP dopé n,
- chaque couche 4 est en InP dopé p et
- chaque couche 6 est une structure à multipuits quantiques InGaAs/InP ou InGaAsP/InP.
Le dispositif de la figure 4 peut éventuellement comprendre une autre couche de contact (non représentée) en InP dopé n entre le substrat 8 et la couche 4 la plus proche de ce dernier.
On voit donc que l'on peut réaliser un dispositif conforme à L'invention avec des couches 2 et 4 réalisées à partir de InP et des multicouches 6 qui constituent des structures à multipuits quantiques compatibles avec InP, par exemple des structures
InGaAsP/InP ou InGaAs/InP.
L'ensemble des couches nécessaires à La fabrication de tels dispositifs sont réalisables par des techniques connues pour de tels matériaux.
En particulier, la technique MOCVD et la technique MBE avec sources gazeuses se prêtent bien à la réalisation de structures à multipuits quantiques et de couches semi-isolantes InP:Fe ou Inp:Ti, avec des vitesses de croissance de plusieurs micromètres par heure.
On indique ci-après les performances que L'on peut obtenir avec des dispositifs conformes à la présente invention.
10 Performances relatives à la variation d'indice de réfraction dNmax, obtenue avec une longueur d'onde de lecture lambda, L'indice de réfraction N étant alors de la forme
N = No + dNmax.cos(2pi.x/lambda)
En prenant L'exemple d'un matériau électrooptique à structure de multipuits quantiques, à fort coefficient électro-optique, on a vu plus haut que l'ordre de grandeur de La composante périodique du champ appliqué sur ce matériau était de l'ordre de 1kV/cm.
-4
Ceci conduit à une valeur de l'ordre de 10 pour dNmax, avec des coefficients électro-optiques de l'ordre de 1000 pm/V.
Une évaluation du rendement de diffraction Rd est la suivante
2
Rd = (pi.Lt.dNmax/lambda) où Lt représente l'épaisseur totale active du dispositif.
Si cette épaisseur totale active est de 100 micromètres (empilements de 100 motifs élémentaires),
-3 le rendement de diffraction vaut 10 , valeur qui est tout à fait convenable pour différentes applications, par exemple dans le domaine du traitement d'images.
On notera que cette estimation du rendement de diffraction ne prend pas en compte l'effet du réseau d'absorption qui se développe en plus du réseau d'indice de réfraction et qui accroît le rendement total de diffraction.
L'estimation que l'on vient de faire suppose que la longueur d'onde d'utilisation soit un peu inférieure à celle qui est associée au "gap" du matériau électro-optique (couche 6).
Un choix d'une longueur d'onde d'utilisation
légèrement supérieure à celle qui est associée à ce "gap" est également possible et conduit à des dNmax au moins dix fois supérieurs.
Cependant, dans ce cas, il faut réduire le nombre de motifs élémentaires à cause de l'absorption.
En fait, le choix du couple "longueur d'onde d'utilisation- nombre de motifs élémentaires" est à optimiser en fonction des caractéristiques des matériaux, des possibilités technologiques et des applications.
20 Performances relatives à la photosensibilité dN/I
L'intérêt du dispositif objet de l'invention, qui permet de séparer la fonction photoconduction de la fonction électro-optique, est particutièrement perceptible lorsqu'on considère la photosensibilité
3 puisque le facteur de mérite global N .r/eps est nettement supérieur à ceux des matériaux
3 photoréfractifs connus (le produit N .r étant ici associé au matériau à fort coefficient électro-optique, par exemple un matériau à structure de multipuits quantiques et la quantité eps étant associée au(x) matériau(x) photoconducteur(s), à faible constante diélectrique , par exemple InP).
L'ordre de grandeur du gain en photosensibilité (en prenant comme référence InP massif en fonctionnement non

Claims (10)

  1. photoréfractifs connus.
    photosensibilité par rapport aux matériaux
    L'invention offrait un gain significatif en
    On a vu ci-dessus qu'un dispositif conforme à
    l'absorption optique et à l'effet Joule.
    qui, dans La pratique, résultent de l'échauffement dû à
    Ceci permet de reculer d'autant les limites
    dissipation thermique.
    couches minces est avantageuse du point de vue de la
    On notera de plus que- L'utilisation de
    posent.
    sérieux problèmes d'échauffement par effet Joule se
    photoréfractifs massifs) pourrait laisser penser que de
    typiquement utilisée dans les semiconducteurs
    kV/cm (à comparer à la valeur de l'ordre de 10 kV/cm
    au dispositif et ayant une valeur de l'ordre de 1CO
    L'usage d'un champ électrique perpendiculaire
    photoconducteur à la longueur d'onde d'utilisation (il est en fait préférable qu'il ne le soit pas).
    grande résistivité et n'est pas nécessairement
    matériau électro-optique intermédiaire a une plus
    fait que des couches minces sont utilisables, le
    situation est radicalement différente car, outre le
    En fait, dans la présente invention, la
    faisceau de lecture étant plus faible.
    élevé) est appliqué juste après une brève impulsion d'inscription, de grande intensité, l'intensité du
    uniquement à obtenir un coefficient électro-optique
    fonctionnement où le champ électrique (qui sert
    De plus, on peut employer un mode de
    On remarquera que, du fait de la symétrie de révolution par rapport à la normale aux différentes couches d'un dispositif conforme à l'invention, le résultat obtenu est indépendant de la polarisation des faisceaux d'inscription de l'hologramme lorsque ces faisceaux sont polarisés.
    étant de l'ordre de 1 à 100 kW/cm
  2. 2
    lumineuse nécessaire pour atteindre de telles valeurs
    temps de réponse de L'ordre de 1 ns, l'intensité
    La présente invention permet d'atteindre des
    Bien entendu, dans ce cas, Les polarisations de ces faisceaux d'inscription doivent être identiques pour produire une figure d1interférence.
    Dans la présente invention, le matériau intermédiaire, à fort coefficient électro-optique, n'a pas nécessairement une structure de multipuits quantiques.
    On peut utiliser un matériau "massif" à fort coefficient électro-optique (par exemple de l'ordre de
    4 10 pm/V).
    BaTiO , convient.
    A cet égard, un matériau ferroélectrique à fort coefficient électro-optique, comme par exemple
    On voit sur la figure 5 un motif élémentaire correspondant à cette possibilité : une couche simple 18 en BaTiO est comprise entre une couche
    3
  3. 3 photoconductrice 20 par exemple en Si amorphe et une autre couche photoconductrice 22 par exemple en Si amorphe.
    Un autre dispositif conforme à l'invention est obtenu en empilant des motifs élémentaires, du genre de celui qui vient d'être décrit en faisant reférence à la figure 5.
    -5 un rendement de diffraction de l'ordre de 10
    Une épaisseur égale à 1 micromètre pour la couche intermédiaire 18 (couche active) conduit alors à
    - un premier matériau photoconducteur (2, 20) et un deuxième matériau photoconducteur (4, 22) qui encadrent le matériau électro-optique, qui sont transparents au rayonnement de lecture et qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, sont aptes à engendrer respectivement des électrons ayant une mobilité élevée et des trous ayant une mobilité élevée.
    - un matériau électro-optique (6, 18) qui a un coefficient électro-optique élevé vis-à-vis du rayonnement de lecture et qui est transparent à ce dernier, et
    1. Dispositif photoréfractif destiné à être exposé à un rayonnement d'inscription qui est prévu pour créer un réseau de franges d'interférence dans le dispositif, et à un rayonnement de lecture que diffracte le réseau créé, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un motif élémentaire (1), -chaque motif élémentaire comportant :
    REVENDICATIONS
    de l'ordre de
    Un empilement de 10 motifs élémentaires dont les couches actives ont chacune une épaisseur de 1 micromètre conduit alors à un rendement de diffraction
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau photoconducteur (2) est un semiconducteur transparent au rayonnement de lecture et comportant, dans sa bande interdite, un niveau d'énergie partiellement occupé qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des électrons, ayant une mobilité élevée, vers la bande de conduction de ce semiconducteur, et en ce que le deuxième matériau photoconducteur (4) est un semiconducteur transparent au rayonnement de Lecture et comportant, dans sa bande interdite, un niveau d'énergie partiellement occupé qui, sous l'effet du rayonnement d'inscription, émet principalement des trous, ayant une mobilité élevée, vers la bande de valence de ce semiconducteur constituant le deuxième matériau photoconducteur.
    3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les niveaux d'énergie correspondant respectivement aux premier (2) et deuxième (4) matériaux photoconducteur sont des niveaux profonds.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les premier (2) et deuxième (4) matériaux photoconducteurs sont faits à partir d'un même matériau semiconducteur dont le dopage est de type n pour le premier matériau photoconducteur et de type p pour le deuxième matériau photoconducteur.
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du matériau électro-optique (6, 18) est de l'ordre de grandeur du pas des franges d'interférences.
  6. 6. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du matériau électro-optique (6, 18) est de L'ordre de 0,5 micromètre à 1 micromètre.
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau électro-optique (6) a une structure de multipuits quantiques.
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau électro-optique est sous la forme d'une couche simple (18).
  9. 9. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de motifs élémentaires (1).
  10. 10. Dispositif selon la revendicaticn 9, caractérisé en ce que chaque motif élémentaire (1) est séparé d'un motif élémentaire adjacent par une couche d'isolation (10) qui est transparente au rayonnement de lecture et qui constitue un écran électrique entre les matériaux photoconducteurs respectifs de ces motifs élémentaires.
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