FR3035507A1 - Memristor programmable spectralement - Google Patents

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Abstract

Un élément memristor est utilisé pour créer un dispositif optique spectralement programmable. Un champ électromagnétique est appliqué à travers l'élément memristor de manière à modifier ses propriétés spectrales. À leur tour, les propriétés spectrales du rayonnement électromagnétique interagissant optiquement avec l'élément memristor sont également modifiées. Cette modification de propriétés spectrales permet de « programmer » le memristor pour obtenir une pluralité de fonctions de transmission/réflexion/absorption.

Description

MEMRISTOR PROGRAMMABLE SPECTRALEMENT Domaine de l'invention Les modes de réalisation de la présente invention concernent généralement l'optique et, plus particulièrement, un dispositif optique à memristor programmable spectralement et son procédé. Arrière-plan Au cours de ces dernières années, des techniques d'analyse optique ont été développées pour un certain nombre d'applications. Certaines de ces techniques utilisent un élément d'interférence optique à couches minces, également connu sous le nom de Io « élément optique multidimensionnel » f(M0E). En règle générale, ces techniques consistent à faire interagir optiquement un rayonnement électromagnétique (qui provient d'un échantillon, par exemple) avec le MOE, la sortie reflétant l'intensité mesurée du rayonnement électromagnétique. L'intensité mesurée peut ensuite être utilisée dans un certain nombre d'applications, comme des capteurs, par exemple.
15 Historiquement, ces éléments optiques à couches minces ont été conçus et fabriqués en utilisant des couches alternées de matériaux à indice élevé et à indice faible, déposées sur un substrat. Une fois que les matériaux ont été déposés sur le substrat, toutefois, les fonctions de transmission/réflexion/absorption de l'élément optique à couches minces sont fixées en raison de la nature fondamentale du processus de conception et de 20 fabrication. Par conséquent, une fois que la pile de films a été déposée, ses propriétés spectrales ne peuvent pas être modifiées. Brève description des dessins La figure 1 illustre un élément memristor qui peut être utilisé dans un dispositif à 25 couches minces optiques programmable spectralement en mode transmission, selon certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention ; la figure 2 est un graphique qui trace l'hystérésis tension-courant et l'intensité lumineuse de sortie d'un élément memristor ayant un pixel, selon certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention ; 30 la figure 3A est une illustration schématique de principe d'un réseau de memristors programmables spectralement en mode étalonnage, selon certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention ; sur 21 3035507 la figure 3B est une vue en coupe éclatée du réseau d'éléments memristor de la figure 3A; la figure 4 est une illustration schématique de principe d'un réseau d'éléments memristor, selon une variante de mode de réalisation de la présente invention ; et 5 la figure 5 illustre un dispositif optique programmable 500 selon un mode de réalisation généralisé de la présente invention. Description de modes de réalisation illustratifs Des modes de réalisation illustratifs et des procédés associés sont décrits ci-après o tels qu'ils pourraient être utilisés dans un dispositif optique à memristor programmable spectralement. Par souci de clarté, toutes les caractéristiques d'un procédé ou d'une mise en oeuvre réelle ne sont pas décrites dans ce mémoire. Bien entendu, il sera apprécié que dans le développement de n'importe quel mode de réalisation effectif, de nombreuses décisions spécifiques à la mise en oeuvre doivent être prises pour atteindre les objectifs 15 spécifiques des développeurs, tels qu'une conformité à des contraintes liées au système et liées à l'activité, qui varieront d'une mise en oeuvre à une autre. Par ailleurs, il sera apprécié qu'un tel effort de développement puisse être complexe et de longue durée, mais serait néanmoins une opération de routine pour l'homme du métier bénéficiant de cette invention. D'autres aspects et avantages des divers modes de réalisation et procédés 20 associés de l'invention ressortiront en considérant la description qui suit et les dessins. Comme décrit ici, la présente invention concerne un dispositif optique qui utilise un élément memristor pour créer un dispositif optique programmable spectralement. Un memristor, ou « résistance de mémoire », est un composant électrique non linéaire dans lequel sa résistance est liée à la tension électrique appliquée à ses bornes. Dans un mode 25 de réalisation généralisé de la présente invention, un rayonnement électromagnétique interagit optiquement avec un élément memristor constitué d'un matériau spectralement modifiable. Un champ électromagnétique est appliqué à travers l'élément memristor de manière à modifier ses propriétés spectrales. À leur tour, les propriétés spectrales du rayonnement électromagnétique interagissant optiquement avec l'élément memristor sont 30 également modifiées. Cette modification de propriétés spectrales permet de « programmer » le memristor pour obtenir une pluralité de fonctions de transmission/réflexion/absorption. En conséquence, les dispositifs à base de memristors de la présente invention peuvent être utilisés dans une variété d'applications, comprenant, par exemple, des capteurs optiques multifonctionnels. 2 sur 21 3035507 Comme indiqué précédemment, des éléments optiques à couches minces ont été conçus et fabriqués en utilisant des couches alternées de matériaux à indice élevé et à faible indice déposées sur un substrat. Les équations fondamentales régissant les fonctions de transmission, de réflexion et d'absorption d'éléments optiques à couches minces sont les 5 équations de Fresnel, dérivées des équations de Maxwell. Le choix de matériaux est basé sur l'application et la plage de longueurs d'ondes d'intérêt. Comme exemple, pour une application infrarouge, il est possible de choisir a-Si (silicium amorphe) comme le matériau à indice élevé, Si02 (dioxyde de silicium) comme le matériau à faible indice et le verre comme le substrat. Les procédés de fabrication comprennent généralement PVD (dépôt Io physique en phase vapeur tel que, par exemple, dépôt sous vide par faisceau d'électrons, pulvérisation au magnétron RF, etc.), CVD (dépôt chimique en phase vapeur, tel que MOCVD, PECVD etc.), ALD (dépôt par couche atomique), etc. Comme également indiqué, des modes de réalisation illustratifs de la présente invention utilisent des éléments memristor programmables spectralement. Les éléments 15 memristor sont des composants électriques non linéaires reliant une charge électrique et un flux magnétique. L'équation fondamentale qui régit la liaison entre charge électrique (q) et flux magnétique (11)) est connue comme : d(I) = Mdq Eq.(1), également connue comme l'équation de la théorie des circuits pour un memristor. Dans 20 l'équation 1, d) est le flux magnétique, M est la résistance du memristor, et q est la charge. Par conséquent, ce type de dispositif présente une relation entre la résistance et la tension électrique appliquée aux bornes de l'élément memristor. La figure 1 illustre un élément memristor qui peut être utilisé dans un dispositif à couches minces optiques programmable spectralement en mode transmission, selon 25 certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention. Dans un mode de réalisation généralisé, le composant fondamental du dispositif est un élément memristor 100 tel qu'illustré sur la figure 1. Dans cet exemple, l'élément memristor 100 est un pixel memristor, comme cela est illustré ; toutefois, dans d'autres modes de réalisation, l'élément memristor peut être composé de plusieurs pixels memristors. « Pixel memristor » se réfère 30 à un unique memristor. Néanmoins, l'élément memristor 100 comprend une interface métal/semi-conducteur constituée d'une couche isolante/diélectrique 10, d'une couche semi-conductrice pure 12 ayant des contacts métalliques 14 positionnés sur celle-ci, d'une couche semi-conductrice 16 ayant des défauts à l'intérieur, et d'une couche métallique 18. Les « défauts » dans la couche semi-conductrice 16 se réfèrent à des semi-conducteurs non 3 sur 21 3035507 purs avec des défauts dans le réseau cristallin qui peuvent être fabriqués de différentes manières. Dans d'autres modes de réalisation cependant, la même fonctionnalité peut être obtenue par une interface diélectrique/semi-conducteur ou une interface métal/oxyde métallique.
5 Dans certains modes de réalisation, l'interface métal/semi-conducteur peut être fabriquée en utilisant des techniques de traitement standard, telles que, par exemple, PVD, CVD ou ALD. La couche semi-conductrice 16 est déposée avec un niveau élevé de défauts présents dans le réseau cristallin du matériau de manière qu'une diffusion d'ions métalliques puisse se produire quand un rayonnement électromagnétique (par exemple, une Io tension électrique) est appliqué à travers le dispositif via la couche métallique 18 et les contacts 14. La sélection du métal, du semi-conducteur, du niveau de défauts, etc., dépendra de l'application et de la plage de longueurs d'ondes d'intérêt. Toujours en référence à la figure 1, lorsqu'un rayonnement électromagnétique 20 pénètre dans la couche semi-conductrice comportant des défauts 16, la couche 16 agit 15 comme un guide d'ondes, et atténue le rayonnement électromagnétique 20 dès qu'il la traverse, ce qui provoque la sortie d'une lumière ayant interagi optiquement 22. Lorsqu'une onde électromagnétique est produite dans la couche semi-conductrice 16, des ions métalliques se diffusent dans la couche semi-conductrice comportant des défauts 16 (le mécanisme fondamental étant similaire au dopage semi-conducteur). L'onde 20 électromagnétique peut être produite de plusieurs manières, comme par exemple sous la forme d'une tension ou d'un courant appliqué(e) au sein de la couche semi-conductrice 16. Néanmoins, le nombre d'ions métalliques de la couche métallique 18 qui se diffusent dans la couche semi-conductrice 16 augmente avec l'augmentation du niveau de puissance de l'onde/des ondes électromagnétique(s), ce qui provoque une diminution du rayonnement 25 électromagnétique qui traverse la couche 16. La quantité de rayonnement électromagnétique 20 qui traverse la couche semi-conductrice 16 augmente avec la diminution du niveau de puissance de l'onde/des ondes électromagnétique(s). Ce phénomène se produit en raison des effets de diffusion et d'absorption provoqués par les ions métalliques diffusés dans la couche semi-conductrice 16. Par conséquent, la couche 30 semi-conductrice 16 peut également être désignée « matériau spectralement modifiable ». Comme cela est indiqué précédemment, l'élément memristor 100 est composé d'un seul pixel, mais, dans d'autres modes de réalisation, l'élément memristor 100 peut être composé de plusieurs pixels. La figure 2 est un graphique qui trace l'hystérésis tension-courant et l'intensité lumineuse de sortie d'un élément memristor ayant un pixel, selon 4 sur 21 3035507 certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention. L'hystérésis tension-courant (ii) de l'élément memristor est tracée en fonction de l'intensité lumineuse de sortie (i). En utilisant la courbe d'hystérésis, le % de transmission de rayonnement électromagnétique à travers la couche semi-conductrice comportant des défauts peut être 5 contrôlé. Un tel tracé peut être utilisé pour étalonner l'élément memristor de manière que la quantité nécessaire d'énergie électromagnétique (par exemple, tension, courant, etc.) soit appliquée à travers chaque pixel pour produire la sortie spectrale désirée. Une fois que la relation tension/transmission optique sur toutes les longueurs d'ondes est connue pour l'élément memristor, il peut être « programmé » pour obtenir n'importe quelle fonction de transmission/réflexion/absorption. Toujours en référence à la figure 1, bien que cela ne soit pas illustré, un élément produisant un champ électromagnétique est couplé de manière communicante aux contacts 14 et à la couche métallique 18 afin de produire le(s) champ(s) électromagnétique(s) au sein de la couche semi-conductrice 16. L'élément produisant un champ électromagnétique peut être couplé de manière communicante de plusieurs façons, comme par exemple à l'aide d'une connexion câblée ou sans fil. Quand des méthodes sans fil sont utilisées, les contacts 14 peuvent ne pas être nécessaires. L'élément produisant un champ électromagnétique peut être constitué par une pluralité de dispositifs, tels que, par exemple, une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. Indépendamment de la source utilisée, le résultat est la diffusion d'ions métalliques dans la couche semi-conductrice comportant des défauts 16 qui, à son tour, affecte la sortie spectrale de l'élément memristor 100. La figure 3A est une illustration schématique de principe d'un réseau de memristors programmables spectralement en mode étalonnage, selon certains modes de réalisation illustratifs de la présente invention. Un système d'étalonnage 300 comprend l'élément memristor 302, qui est lui-même constitué par un réseau de memristors qui comprend quatre éléments memristor MR1, MR2, MR3 et MR4. Chaque élément memristor MR1...MR4 peut être constitué d'un ou de plusieurs pixels. Le système d'étalonnage 300 comprend une source électromagnétique 304 (sélectionnée sur la base de l'application désirée) qui produit un rayonnement électromagnétique 310, un dispositif de séparation optique 306, et un réseau d'éléments memristor 302 fabriqué de manière que les éléments memristor MR1...MR4 soient en parallèle par rapport au rayonnement incident. 5 sur 21 3035507 Le dispositif de séparation optique 306 est n'importe quel dispositif utilisé pour séparer un rayonnement électromagnétique 310 en composantes de longueurs d'ondes, tel que, par exemple, un réseau de diffraction ou un élément de fractionnement spectral. Un réseau de diffraction utilise le principe de diffraction pour diviser une lumière en ses 5 composantes de longueurs d'ondes individuelles, alors qu'un élément de fractionnement spectral utilise la réfraction (comme des prismes, par exemple) ou peut utiliser des filtres passe-bande ou des filtres coupe-bande spécialement conçus, des résonateurs en anneau, etc. Durant le fonctionnement du système d'étalonnage 300, l'élément de séparation io optique 306 divise le rayonnement électromagnétique 310 en ses composantes de longueurs d'ondes individuelles 310cw. Chaque élément memristor MR1 ...MR4 en réseau 302 est fabriqué de manière que chaque composante de longueur d'onde 310cw entre au niveau d'au moins un élément memristor MR1...MR4, dans lequel une lumière ayant interagi optiquement 312 est produite. Chaque élément memristor MR1...MR4 est conçu 15 pour correspondre à la composante de longueur d'onde en utilisant diverses techniques. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le réseau de diffraction (quand il est utilisé comme l'élément 306), le réseau de memristors 302 et le réseau de détecteurs 308 sont alignés de manière qu'une seule longueur d'onde ou une plage étroite de longueurs d'ondes entre dans chaque élément memristor MR1...MR4 en utilisant, par exemple, des 20 positionneurs à l'échelle nanométrique. En variante, une fois que la lumière est divisée par le réseau de diffraction, des guides d'onde peuvent également être utilisés pour transporter la lumière divisée dans chaque élément memristor Mil1...MR.4. Dans l'exemple illustré, le dispositif de séparation optique 306 transmet une seule longueur d'onde à chaque élément memristor MR1...MR4. Dans d'autres exemples, cependant, plus d'une longueur d'onde ou 25 une plage étroite de longueurs d'ondes peut être transmise. Afin d'étalonner le réseau de memristors 302 pour obtenir le modèle de transmission/réflexion/absorption désiré, un réseau de détecteurs optiques 308 comportant des détecteurs D1-D4 est utilisé. Dans cet exemple, chaque élément memristor MR1. - .MR4 est constitué d'un unique pixel memristor et, par conséquent, le réseau de détecteurs 308 30 comprend un nombre correspondant de détecteurs. De plus, pendant l'étalonnage, comme cela est illustré sur la figure 3A, un circuit de traitement 314 est couplé à un réseau d'éléments memristor 302 de manière à programmer chaque élément memristor MR1...MR4. Tel qu'il est utilisé ici, l'étalonnage est un processus effectué pour trouver la réponse optique (intensité lumineuse de sortie) de chaque élément memristor. Au cours de 6 sur 21 3035507 ce processus, plusieurs tensions, par exemple, sont appliquées à l'élément memristor, et l'intensité lumineuse de sortie est mesurée, comme cela est illustré sur la figure 2. Dès que la réponse optique a été déterminée, elle peut ensuite être programmée en utilisant, par exemple, une micropuce programmable à réseau logique (représentée par le circuit de 5 traitement 314). La figure 3B est une vue en coupe éclatée d'un réseau d'éléments memristor 302. Contrairement à l'élément memristor 100 qui est agencé en parallèle avec le rayonnement électromagnétique 20 (de manière que le rayonnement 20 se déplace à travers la couche 16 suivant son axe), un réseau d'éléments memristor 302 est agencé perpendiculairement à la Io composante de longueur d'onde 310cw. En variante, il existe de nombreuses manières de déposer un élément memristor sans sortir de la portée de la présente invention. Néanmoins, comme décrit précédemment, un ou des contacts 14 et la couche métallique 18 de chaque élément memristor MR1...MR4 sont couplés de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique (non représenté) via des conducteurs 15 3161-3164. Dans d'autres exemples, toutefois, l'élément produisant un champ électromagnétique peut être couplé de manière communicante par l'intermédiaire de moyens sans fil. Néanmoins, dans cet exemple, les conducteurs 3161-3164 sont couplés de manière communicante à une source de tension agissant comme l'élément produisant un champ électromagnétique, ainsi qu'au circuit de traitement 314.
20 En référence à la figure 3B, pour étalonner le réseau de memristors 302, les composantes de longueur d'onde du rayonnement électromagnétique 310cw interagissent optiquement avec la couche semi-conductrice comportant des défauts 16. La couche 16 agit comme un guide d'ondes et atténue la lumière dès qu'elle la traverse, ce qui provoque la production d'une lumière ayant interagi optiquement 312. Dans cet exemple, une source 25 de tension est utilisée comme l'élément produisant un champ électromagnétique, comme cela est décrit précédemment. Ainsi, lorsqu'une tension est appliquée au sein de la couche semi-conductrice 16 comportant des défauts 16, des ions métalliques se diffusent dans la couche 16, ce qui modifie spectralement le matériau semi-conducteur dans la couche 16. Le nombre d'ions métalliques de la couche métallique 18 qui se diffusent dans la couche 30 semi-conductrice 16 augmente avec l'augmentation du niveau de puissance de l'onde/des ondes électromagnétique(s), ce qui provoque une diminution du rayonnement électromagnétique qui traverse la couche 16. La quantité de rayonnement électromagnétique 20 qui traverse la couche semi-conductrice 16 augmente avec la diminution du niveau de puissance de l'onde/des ondes électromagnétique(s). Le détecteur 7 sur 21 3035507 (non représenté) est utilisé pour mesurer la réponse optique (intensité lumineuse de sortie) sortant d'un réseau d'éléments memristor 302, qui est ensuite utilisée pour programmer le réseau 302 à l'aide du circuit de traitement 314. À nouveau, ce phénomène se produit en raison des effets de diffusion et 5 d'absorption provoqués par les ions métalliques diffusés dans la couche semi-conductrice 16. En utilisant la courbe d'hystérésis (ex. : figure 2), le % de transmission de lumière à travers la couche semi-conductrice comportant des défauts 16 peut être contrôlé. Une fois que la relation tension/transmission optique sur toutes les longueurs d'ondes est connue pour un réseau d'éléments memristor 302, le réseau 302 peut être « programmé » pour Io obtenir n'importe quelle fonction de transmission/réflexion/absorption. Un tel procédé peut également être utilisé pour n'importe quel autre élément produisant un champ électromagnétique utilisé. Chaque élément memristor MR1...MR4 est agencé suivant un ordre requis par l'application désirée. Par exemple, cet exemple particulier comporte 4 pixels memristor 15 1\4111...MR4. Toutefois, celui-ci peut être étendu à un réseau de «n x n» pixels. Par ailleurs, le nombre de pixels dans les directions horizontale et verticale peut changer avec l'application. Quand un réseau d'éléments memristor 302 est utilisé dans une application désirée, chaque élément memristor MR1...MR4 peut être couplé de manière communicante à son 20 propre élément produisant un champ électromagnétique via les conducteurs 316 ou des moyens sans fil. Dans certains modes de réalisation illustratifs, chaque élément produisant un champ électromagnétique (couplé au circuit de traitement 314) peut être programmé pour produire des champs électromagnétiques ayant des niveaux de puissance différents, en offrant ainsi la possibilité de modifier la couche semi-conductrice 16 de chaque élément 25 memristor comme désiré. En conséquence, chaque élément memristor MR1...MR4 peut avoir une propriété spectrale différente. La figure 4 est une illustration schématique de principe d'un réseau d'éléments memristor, selon une variante de mode de réalisation de la présente invention. Dans cet exemple, un réseau d'éléments memristor 400 comprend des éléments memristor 30 MR1...MR4 agencés ou fabriqués en série de manière que le réseau 400 émule un empilement traditionnel de couches minces composé de matériaux à indice élevé et à faible indice en alternance. Dans ce cas, le réseau d'éléments memristor 400 est fabriqué à l'aide d'une couche de métal 18, d'une couche semi-conductrice comportant des défauts 16, de fils 4161-4164, et d'une couche semi-conductrice pure 12, chaque élément memristor 8 sur 21 3035507 MR1...MR4 étant séparé par une couche diélectrique 10. Chaque élément memristor ...MR4 comprend des fils 3161-3164, comme cela est décrit précédemment, qui sont couplés de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique (non illustré).
5 Dans cet exemple, une source de tension est utilisée comme l'élément produisant un champ électromagnétique. Lorsqu'un rayonnement électromagnétique à large bande 410 traverse chaque élément memristor MR1...MR4 de manière séquentielle, le rayonnement 410 interagit optiquement avec chacun d'entre eux afin de produire une lumière ayant interagi optiquement 412. Ainsi, lorsqu'une tension variable est appliquée au Io sein de chaque élément memristor MR1...MR4, les ions de la couche de métal 18 pénètrent dans la couche semi-conductrice comportant des défauts 16, ce qui diminue et/ou augmente efficacement l'indice de réfraction des couches semi-conductrices comportant des défauts 16. Cela crée un scénario de matériau à indice élevé suivi par un matériau à faible indice, ce qui est similaire à une conception à couches minces classique. Le nombre d'ions 15 diffusant dans la couche semi-conductrice comportant des défauts 16 est régi par la courbe d'hystérésis tension-courant pour l'élément memristor, comme décrit précédemment. Par ailleurs, tout comme dans les modes de réalisation précédents, chaque élément memristor MR1...MR4 peut être couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique pour modifier ainsi le matériau spectralement modifiable de la couche 20 16. La figure 5 illustre un dispositif optique programmable 500 selon un mode de réalisation généralisé de la présente invention. Une source de rayonnement électromagnétique 508 peut être configurée pour émettre ou générer le rayonnement électromagnétique 510. Comme cela est compris par l'homme du métier, la source de 25 rayonnement électromagnétique 508 peut être n'importe quel dispositif capable d'émettre ou de générer un rayonnement électromagnétique. Par exemple, la source de rayonnement électromagnétique 508 peut être une ampoule électrique, un dispositif d'émission de lumière, un laser, un corps noir, un cristal photonique, ou une source de rayons X, une luminescence naturelle, etc. Le rayonnement électromagnétique 510 interagit optiquement 30 avec l'élément memristor 505, qui peut être n'importe lequel des éléments memristor/réseaux de memristors décrits ici, et qui permettent de produire une lumière ayant interagi optiquement 512. Par exemple, l'élément memristor 505 peut être constitué d'un ou plusieurs pixels. En variante, l'élément memristor 505 peut être un réseau de 9 sur 21 3035507 memristors qui comprend plusieurs éléments memristors, chaque élément memristor ayant un ou plusieurs pixels memristor. L'élément memristor 505 est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique 504 à l'aide d'un fil 502. Bien que représenté 5 comme un unique élément produisant un champ électromagnétique, il peut être constitué de multiples éléments produisant un champ électromagnétique quand l'élément memristor 505 comprend une pluralité de pixels ou est un réseau. Dans de tels modes de réalisation, chaque élément memristor dans le réseau peut avoir ses propres fils conducteurs dédiés ou autre mécanisme de couplage approprié. En variante, l'élément produisant un champ o électromagnétique 504 peut être couplé de manière communicante à l'élément memristor 505 par l'intermédiaire de moyens sans fil. L'élément produisant un champ électromagnétique 504 peut être une variété de dispositifs, comme, par exemple, une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. Par exemple, l'élément 15 produisant un champ électromagnétique 504 peut être une source de champ électromagnétique qui génère une onde électromagnétique et l'émet vers l'élément memristor 505. L'onde électromagnétique induit à son tour un courant dans l'élément memristor 505, qui modifie les propriétés spectrales de la couche semi-conductrice comportant des défauts, comme cela est décrit ici.
20 Dans certains modes de réalisation, le dispositif optique spectralement programmable 500 comprend un détecteur, comme par exemple un transducteur optique. Dans d'autres modes de réalisation, cependant, le dispositif optique spectralement programmable 500 ne comprend pas de détecteur et, dans ce cas, l'oeil humain peut servir de détecteur. Les applications dans lesquelles l'oeil humain sert de détecteur pour l'élément 25 memristor 505 peuvent être, par exemple, des fenêtres architecturales, des fenêtres d'automobiles, des fenêtres de navettes spatiales, un capot solaire, un concentrateur solaire ou d'autres applications dans lesquelles l'élément memristor est utilisé comme revêtement à couches minces. Dans certains de ces modes de réalisation, bien entendu, la luminescence naturelle peut servir de source de rayonnement électromagnétique.
30 Les dispositifs optiques spectralement programmables décrits ici peuvent être utilisés dans une pluralité d'autres applications. Ces applications peuvent comprendre, par exemple, des applications de puits de forage ou de conditionnement de puits. D'autres environnements peuvent comprendre des environnements aussi divers que ceux associés à la surveillance de surface et sous-marine, la surveillance de satellites et drones, la 10 sur 21 3035507 surveillance de pipelines, ou même des capteurs traversant une cavité corporelle telle qu'un appareil digestif. Avec ces applications, les dispositifs optiques spectralement programmables sont utilisés pour détecter/surveiller différents composants ou caractéristiques d'un échantillon, en temps réel, dans l'environnement.
5 Les dispositifs optiques spectralement programmables susmentionnés sont de nature illustrative et peuvent être soumis à une pluralité d'autres configurations optiques. Ces configurations optiques comprennent non seulement les procédés de réflexion, d'absorption ou de transmission décrits ici, mais peuvent également impliquer une diffusion (Raleigh et Raman, par exemple) ainsi qu'une émission (fluorescence, excitation par rayons X, etc., par exemple). Bien que cela ne soit pas illustré, les dispositifs optiques spectralement programmables décrits ici peuvent être couplés à une alimentation à distance, alors que, dans d'autres modes de réalisation, des batteries intégrées peuvent être utilisées. Les dispositifs optiques spectralement programmables peuvent également comprendre un 15 processeur de signal, un module de communications et d'autres circuits nécessaires pour atteindre les objectifs de la présente description. Il sera également reconnu que les instructions de logiciel nécessaires pour réaliser les objectifs de la présente invention peuvent être stockées dans un dispositif de stockage situé sur les dispositifs optiques spectralement programmables ou chargées sur ce dispositif de stockage à partir d'un CD- 20 ROM ou d'autres supports de stockage appropriés par le biais de méthodes câblées ou sans fil. Par ailleurs, les éléments memristor utilisés dans certains modes de réalisation de la présente invention peuvent ne pas être à base de semi-conducteurs. Par exemple, des éléments memristor à base de plastique ou des éléments à base de graphèmes peuvent 25 également être utilisés. Des modes de réalisation décrits ci-dessus concernent en outre n'importe lequel d'un ou de plusieurs des paragraphes suivants : 1. Dispositif optique spectralement programmable, comprenant : un élément memristor qui comprend un matériau spectralement modifiable, l'élément memristor étant 30 positionné afin d'interagir optiquement avec un rayonnement électromagnétique afin de produire une lumière ayant interagi optiquement ; et un champ électromagnétique produit à travers l'élément memristor afin de modifier le matériau spectralement modifiable, de façon à modifier une propriété spectrale du rayonnement électromagnétique afin de produire la lumière ayant interagi optiquement. 11 sur 21 3035507 2. Dispositif optique tel que défini dans le paragraphe 1, comprenant en outre un élément produisant un champ électromagnétique couplé de manière communicante à l'élément memristor pour produire le champ électromagnétique à travers l'élément memristor. 5 3. Dispositif optique tel que défini dans les paragraphes 1 ou 2, dans lequel l'élément produisant un champ électromagnétique est une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. 4. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 3, Io dans lequel l'élément produisant un champ électromagnétique est programmable afin de produire différents niveaux de puissance. 5. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 4, dans lequel l'élément memristor comprend un ou plusieurs pixels memristor. 6. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 5, 15 dans lequel l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor. 7. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 6, dans lequel chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique pour produire ainsi le champ électromagnétique à 20 travers chaque élément memristor. 8. Dispositif de calcul optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 7, dans lequel chaque élément memristor comprend une propriété spectrale différente produite par le champ électromagnétique appliqué à travers celui-ci. 9. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 8, 25 comprenant en outre : une source de rayonnement électromagnétique pour générer le rayonnement électromagnétique ; et un élément de séparation optique positionné pour séparer le rayonnement électromagnétique en composantes de longueurs d'ondes et pour diriger les composantes de longueurs d'ondes vers un élément memristor correspondant. 10. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 9, 30 dans lequel l'élément de séparation optique est un élément de diffraction ou élément de fractionnement spectral. 11. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 10, dans lequel chaque élément memristor dans le réseau de memristors correspond à une composante de longueur d'onde différente du rayonnement électromagnétique. 12 sur 21 3035507 12. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 11, dans lequel l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor positionnés pour interagir optiquement avec le rayonnement électromagnétique d'une manière séquentielle. 5 13. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 12, dans lequel chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique pour produire ainsi le champ électromagnétique à travers chaque élément memristor du réseau d'éléments memristor. 14. Dispositif de calcul optique tel que défini dans l'un quelconque des 10 paragraphes 1 à 13, dans lequel chaque élément memristor du réseau d'éléments memristor comprend une propriété spectrale différente produite par le champ électromagnétique. 15. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 14, comprenant en outre un détecteur positionné pour détecter la lumière ayant interagi optiquement. 15 16. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 15, dans lequel le détecteur comprend un transducteur optique ou l'oeil humain. 17. Dispositif optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 1 à 16, dans lequel le dispositif optique comprend une partie d'un revêtement à couches minces ou un dispositif de calcul optique. 20 18. Procédé optique, comprenant l'interaction optique entre un rayonnement électromagnétique et un élément memristor qui comprend un matériau spectralement modifiable ; l'application d'un champ électromagnétique à travers l'élément memristor afin de modifier le matériau spectralement modifiable ; et la modification d'une propriété spectrale du rayonnement électromagnétique qui interagit optiquement avec l'élément 25 memristor afin de produire la lumière ayant interagi optiquement. 19. Procédé optique tel que défini dans le paragraphe 18, dans lequel un élément produisant un champ électromagnétique est utilisé pour produire le champ électromagnétique appliqué à travers l'élément memristor. 20. Procédé optique tel que défini dans les paragraphes 18 ou 19, dans lequel 30 l'élément produisant un champ électromagnétique est une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. 13 sur 21 3 0 3 5 5 0 7 21. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 20, comprenant en outre la production de différents niveaux de puissance des champs électromagnétiques à l'aide de l'élément produisant un champ électromagnétique. 22. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 5 21, dans lequel : l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor, chaque élément memristor étant couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique ; et le procédé comprend en outre l'utilisation des éléments produisant un champ électromagnétique pour produire un champ électromagnétique à travers chaque élément memristor. 10 23. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18-22, comprenant en outre la modification d'une propriété spectrale de chaque élément memristor de manière que chaque propriété spectrale soit différente. 24. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 23, comprenant en outre : la séparation du rayonnement électromagnétique en composantes 15 de longueurs d'ondes ; et la direction des composantes de longueurs d'ondes vers un élément memristor correspondant. 25. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18-24, dans lequel l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor ; et le procédé comprend en outre l'interaction optique du 20 rayonnement électromagnétique avec les éléments memristor d'une manière séquentielle. 26. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 25, dans lequel : chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique ; et le procédé comprend en outre l'utilisation des éléments produisant un champ électromagnétique pour produire des 25 champs électromagnétiques à travers chaque élément memristor. 27. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18-26, comprenant en outre l'utilisation des champs électromagnétiques pour produire une propriété spectrale différente dans chaque élément memristor. 28. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 30 27, comprenant en outre la détection de la lumière ayant interagi optiquement. 29. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 18 à 28, dans lequel la lumière ayant interagi optiquement est détectée à l'aide d'un transducteur optique ou de l'oeil humain. 14 sur 21 3035507 30. Procédé optique qui comprend l'interaction optique entre un rayonnement électromagnétique et un élément memristor afin de produire une lumière ayant interagi optiquement, l'élément memristor comprenant un matériau spectralement modifiable. 31. Procédé optique tel que défini dans le paragraphe 30, dans lequel le 5 matériau spectralement modifiable est modifié, ce qui modifie une propriété spectrale du rayonnement électromagnétique qui interagit optiquement avec l'élément memristor. 32. Procédé optique tel que défini dans les paragraphes 30 ou 31, dans lequel un champ électromagnétique est produit à travers l'élément memristor de manière à modifier le matériau spectralement modifiable. 10 33. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 30 à 32, dans lequel des niveaux de puissance différents du champ électromagnétique sont produits à travers l'élément memristor. 34. Procédé optique tel que défini dans l'un quelconque des paragraphes 30 à 33, comprenant en outre la détection de la lumière ayant interagi optiquement.
15 Bien que divers modes de réalisation et méthodologies aient été présentés et décrits, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation et méthodologies et sera considérée comme incluant toutes les modifications et variations qui seront évidentes pour l'homme du métier. Par conséquent, il doit être entendu que l'invention n'est pas censée être limitée aux formes particulières décrites. Au contraire, l'intention est de couvrir toutes les 20 modifications, les équivalents et les variantes rentrant dans l'esprit et la portée de l'invention telle que définie par les revendications jointes. 15 sur 21

Claims (34)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif optique programmable spectralement, comprenant : un élément memristor qui comprend un matériau spectralement modifiable, l'élément memristor étant positionné afin d'interagir optiquement avec un rayonnement électromagnétique afin de produire une lumière ayant interagi optiquement ; et un champ électromagnétique produit à travers l'élément memristor afin de modifier le matériau spectralement modifiable, de façon à modifier une propriété spectrale du 10 rayonnement électromagnétique afin de produire la lumière ayant interagi optiquement.
  2. 2. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 1, comprenant en outre un élément produisant un champ électromagnétique couplé de manière communicante à l'élément memristor pour produire le champ électromagnétique à travers l'élément memristor. 15
  3. 3. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 2, dans lequel l'élément produisant un champ électromagnétique est une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. 20
  4. 4. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 2, dans lequel l'élément produisant un champ électromagnétique est programmable afin de produire différents niveaux de puissance. 25
  5. 5. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 1, dans lequel l'élément memristor comprend un ou plusieurs pixels memristor.
  6. 6. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 5, dans lequel l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments 30 memristor.
  7. 7. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 6, dans lequel chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique pour produire ainsi le champ électromagnétique à travers chaque 35 élément memristor. 16 sur 21 3035507
  8. 8. Dispositif de calcul optique tel que défini dans la revendication 7, dans lequel chaque élément memristor comprend une propriété spectrale différente produite par le champ électromagnétique appliqué à travers celui-ci. 5
  9. 9. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 6, comprenant en outre : une source de rayonnement électromagnétique pour générer le rayonnement électromagnétique ; et un élément de séparation optique positionné pour séparer le rayonnement Io électromagnétique en composantes de longueurs d'ondes et pour diriger les composantes de longueurs d'ondes vers un élément memristor correspondant.
  10. 10. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 9, dans lequel l'élément de séparation optique est un élément de diffraction ou élément de fractionnement spectral.
  11. 11. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 9, dans lequel chaque 15 élément memristor dans le réseau de memristor correspond à une composante de longueur d'onde différente du rayonnement électromagnétique.
  12. 12. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 1, dans lequel l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor positionnés pour interagir optiquement avec le rayonnement électromagnétique 20 d'une manière séquentielle.
  13. 13. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 12, dans lequel chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique pour produire ainsi le champ électromagnétique à travers chaque élément memristor du réseau d'éléments memristor. 25
  14. 14. Dispositif de calcul optique tel que défini dans la revendication 13, dans lequel chaque élément memristor du réseau d'éléments memristor comprend une propriété spectrale différente produite par le champ électromagnétique. 30
  15. 15. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 1, comprenant en outre un détecteur positionné pour détecter la lumière ayant interagi optiquement. 17 sur 21 3 0 3 5 5 0 7
  16. 16. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 15, dans lequel le détecteur comprend un transducteur optique ou l'oeil humain.
  17. 17. Dispositif optique tel que défini dans la revendication 1, dans lequel le dispositif 5 optique comprend une partie d'un revêtement à couches minces ou un dispositif de calcul optique.
  18. 18. Procédé optique, comprenant : l'interaction optique entre un rayonnement électromagnétique et un élément 10 memristor qui comprend un matériau spectralement modifiable ; l'application d'un champ électromagnétique à travers l'élément memristor afin de modifier le matériau spectralement modifiable ; et la modification d'une propriété spectrale du rayonnement électromagnétique qui interagit optiquement avec l'élément memristor afin de produire la lumière ayant interagi 15 optiquement.
  19. 19. Procédé optique tel que défini dans la revendication 18, dans lequel un élément produisant un champ électromagnétique est utilisé pour produire le champ électromagnétique appliqué à travers l'élément memristor. 20
  20. 20. Procédé optique tel que défini dans la revendication 19, dans lequel l'élément produisant un champ électromagnétique est une source de courant, une source de tension, une source électromagnétique, une source magnétique, une source thermique ou une source ionique. 25
  21. 21. Procédé optique tel que défini dans la revendication 19, comprenant en outre la production de différents niveaux de puissance des champs électromagnétiques à l'aide de l'élément produisant un champ électromagnétique. 30
  22. 22. Procédé optique tel que défini dans la revendication 18, dans lequel : l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor, chaque élément memristor étant couplé de manière communicante à un élément produisant un champ électromagnétique ; et le procédé comprend en outre l'utilisation des éléments produisant un champ 35 électromagnétique pour produire un champ électromagnétique à travers chaque élément memristor. 18 sur 21 3035507
  23. 23. Procédé optique tel que défini dans la revendication 22, comprenant en outre la modification d'une propriété spectrale de chaque élément memristor de manière que chaque propriété spectrale soit différente. 5
  24. 24. Procédé optique tel que défini dans la revendication 22, comprenant en outre : la séparation du rayonnement électromagnétique en composantes de longueurs d'ondes ; et l'acheminement des composantes de longueurs d'ondes vers un élément memristor 10 correspondant.
  25. 25. Procédé optique tel que défini dans la revendication 18, dans lequel : l'élément memristor est un réseau d'éléments memristor comprenant une pluralité d'éléments memristor ; et 15 le procédé comprend en outre l'interaction optique du rayonnement électromagnétique avec les éléments memristor d'une manière séquentielle.
  26. 26. Procédé optique tel que défini dans la revendication 25, dans lequel : chaque élément memristor est couplé de manière communicante à un élément 20 produisant un champ électromagnétique ; et le procédé comprend en outre l'utilisation des éléments produisant un champ électromagnétique pour produire des champs électromagnétiques à travers chaque élément memristor. 25
  27. 27. Procédé optique tel que défini dans la revendication 26, comprenant en outre l'utilisation des champs électromagnétiques pour produire une propriété spectrale différente dans chaque élément memristor.
  28. 28. Procédé optique tel que défini dans la revendication 18, comprenant en outre la 30 détection de la lumière ayant interagi optiquement.
  29. 29. Procédé optique tel que défini dans la revendication 28, dans lequel la lumière ayant interagi optiquement est détectée à l'aide d'un transducteur optique ou de Pceil humain. 35 19 sur 21 3035507
  30. 30. Procédé optique qui comprend l'interaction optique entre un rayonnement électromagnétique et un élément memristor afin de produire une lumière ayant interagi optiquement, l'élément memristor comprenant un matériau spectralement modifiable. 5
  31. 31. Procédé optique tel que défini dans la revendication 30, dans lequel le matériau spectralement modifiable est modifié, ce qui modifie une propriété spectrale du rayonnement électromagnétique qui interagit optiquement avec l'élément memristor.
  32. 32. Procédé optique tel que défini dans la revendication 30, dans lequel un champ o électromagnétique est produit à travers l'élément memristor de manière à modifier le matériau spectralement modifiable.
  33. 33. Procédé optique tel que défini dans la revendication 32, dans lequel des niveaux de puissance différents du champ électromagnétique sont produits à travers l'élément 15 memristor.
  34. 34. Procédé optique tel que défini dans la revendication 30, comprenant en outre la détection de la lumière ayant interagi optiquement. 20 sur 21
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