WO1992022847A1 - Dispositif photorefractif - Google Patents

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WO1992022847A1
WO1992022847A1 PCT/FR1992/000554 FR9200554W WO9222847A1 WO 1992022847 A1 WO1992022847 A1 WO 1992022847A1 FR 9200554 W FR9200554 W FR 9200554W WO 9222847 A1 WO9222847 A1 WO 9222847A1
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PCT/FR1992/000554
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Gilbert Picoli
Philippe Gravey
Jean-Emmanuel Viallet
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France Telecom
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    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/13—Materials and properties photorefractive

Definitions

  • the present invention relates to a photoreflective device i f, that is to say a device in which is likely to manifest the photorefractive effect.
  • the device which is the subject of the invention can be used as a rewritable holographic recording device.
  • this rewritable holographic recording device can be sensitive in the visible range or in the near infrared range.
  • the present invention has inter alia c JI e applications, all those of a rewritable holographic recording device, in particular: - the deflection of light beams,
  • optical signal processing devices which can be analog or digital.
  • the present invention applies for example to the production of optical correlation devices and, in the case of digital signals, to the production of arrays of optical logic gates.
  • charge carriers are photo-excited under the effect of inhomogeneous illumination such as an interference pattern and are redistributed inhomogeneously, thus creating a charge field d 'space.
  • This space charge field induces, by electro-optical effect, a variation in refractive index, which is "the image" - with a possible spatial shift near - of the initial interference figure.
  • the two fundamental elements of the active photoreflective effect are thus photoconductivity and the electro-optical effect.
  • this electro-optical effect is the POCKELS effect and it is then necessary to use photorefractive materials in the form of solid single crystals which can be in the form of a parallelepiped, each of whose edges is worth a few mi llimeters.
  • the photorefractive effect has an original characteristic: it is sensitive to the light energy per unit area and not to the light intensity of the inscription radiation.
  • response time and noted “tau”, which is inversely proportional to the incident light intensity, until a limit value dNmax is reached.
  • Known photoreflact i fs materials can be classified into two categories from the point of view of their performance: slow materials having a significant effect at saturation such as LiNbO, BaTiO, KNbO,
  • the electro-refraction becomes important and can lead to an effective electro-optical coefficient (proportional to field) several times greater than the electro-optic coefficient i than L i born.
  • the technique proposed in this document (3) consists in making a GaAs / ALGaAs quantum multi-well structure semi-insulating by proton implantation.
  • Another advantage of a quantum multi-well structure is the possibility of adjusting the operating wavelength for a given application.
  • the fastest known material is InP: Fe (mu of the order of 3000 cm / Vs) and networks can be recorded by photorefractive effect in the semiconductors (such as GaAs,
  • Luminous (of the order of 10 mW / cm), which are supplied for example by Nd.Y / G lasers pumped by diode, it is possible to apply a continuous electric field
  • the present invention solves the following problem: finding a photorefractive structure, or photorefractive device, which has both the following two qualities: a speed of establishment of the refractive index network in this device during appropriate optical excitation, that is to say a short response time to this excitation, and
  • the photorefractive device which is the subject of the invention which is intended to be exposed to a radiation of inscription intended to create a network of interference fringes in the device, and to a radiation of reading that diffracts the network created.
  • the photorefractive device which is the subject of the invention which is intended to be exposed to a radiation of inscription intended to create a network of interference fringes in the device, and to a radiation of reading that diffracts the network created.
  • each elementary pattern comprising: an electro-optical material which has a high electro-optical coefficient with respect to the reading radiation and which is transparent to the latter , and
  • a first photoconductive material and a second photoconductive material which surround the electro-optical material, which are transparent to reading radiation and which, under the effect of the writing radiation, are capable of generating electrons with high mobility respectively and holes with high mobility.
  • high electro-optical coefficient is meant a coefficient an electro-optical coefficient at least equal to 500 ⁇ m / V.
  • High mobility means a mobility 2 at least equal to 10cm / V.s.
  • the first photoconductive material is a semiconductor transparent to reading radiation and comprising in its forbidden band, a partially occupied energy level which, under the effect of radiation from inscription, mainly emits electrons, having a high mobility, towards the conduction band of this semiconductor ("photoconductor of type n")
  • the second photoconductive material is a semiconductor transparent to Reading radiation and comprising, in its forbidden band , a partially occupied energy level which, under the effect of the inscription radiation, mainly emits holes, having a high mobility, towards the valence band of this semiconductor constituting the second photoconductive material ("p-type photoconductor" ).
  • the energy levels corresponding respectively to the first and second photoconductive materials are deep levels.
  • the first and second photoconductive materials are made from the same semiconductor material with different dopings making the first n-type photoconductive material and the second p-type otoconductive material. 7 -, Q
  • the thickness of the electro-optical material is of the order of magnitude of the pitch of the interference fringes.
  • This thickness can be of the order of 0.5 micrometer to 1 micrometer.
  • the electro-optical material can have a structure of quantum multi-wells.
  • the electro-optic material may be in the form of a single layer.
  • the device which is the subject of the invention may comprise a plurality of elementary patterns.
  • each elementary pattern is preferably separated from an adjacent elementary pattern by an insulation layer which is transparent to the reading radiation and which constitutes an electric screen between the respective photoconductive materials of these elementary patterns.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device according to the invention, which comprises a single elementary pattern and the electro-optical material of which has a structure of quantum multi-wells,
  • FIG. 2 illustrates diagrammatically an emission of electrons towards the conduction band of the semiconductor material constituting the first photoconductive material of the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 illustrates schematically an emission of holes towards the valence band of the semiconductor material constituting the second photoconductive material of the device of FIG. 1,
  • FIG. 4 schematically illustrates a device according to the invention, comprising a plurality of elementary patterns, each of these comprising an electro-optical material having a structure of quantum multi-wells
  • FIG. 5 shows schematically another device according to the invention, which comprises a single elementary pattern and the electro-optical material of which is in the form of a single layer.
  • the device according to the invention which is schematically represented in FIG. 1, comprises a single elementary pattern 1.
  • reading radiation Ri is sent to the device.
  • the elementary pattern 1 comprises two photoconductive layers 2 and 4 and an electro-optical multilayer 6 with a quantum multi-well structure, which is between the photoconductive layers 2 and 4.
  • the multilayer 6 has a high electro-optical coefficient with respect to of the radiation of Reading and it is transparent to the latter.
  • Layers 2 and 4 are semi-conductive layers whose respective majority carriers have a high mobility and which are transparent to reading radiation.
  • the semiconductor material of Layer 2 is an n-type photoconductor and, more precisely, has in its forbidden band a deep energy level which is partially occupied and which, under The effect of the inscription radiation, mainly emits electrons towards the conduction band of this semiconductor material.
  • FIG. 2 This is illustrated diagrammatically by FIG. 2 on which BV1, BC1 and NP1 respectively represent the valence band, The conduction band and the deep level which are relative to the semi-conductive layer 2, the arrow F1 symbolizing the emission of electrons from the deep level NP1 to the conduction band BC1.
  • the E axis represents the axis of electronic energies.
  • the semiconductor material of layer 4 is, on the contrary, a p-type photoconductor and, more precisely, has in its forbidden band a deep energy level which is partially occupied and which, under the effect of the inscription radiation, mainly emits holes towards the valence band of this semiconductor material of layer 4.
  • FIG. 3 This is schematically illustrated by FIG. 3 in which BV2, BC2 and NP2 respectively represent the valence band, the conduction band and the deep level of the semiconductor material of layer 4.
  • the arrow F2 in FIG. 3 symbolizes the passage of electrons from the valence band BV2 to the level NP2 (that is to say the emission of holes from the deep level NP2 to the valence band BV2) under l effect of excitation radiation.
  • the substrate not shown on which are stacked the layers 2, 4 and 6 is then chosen so as to be transparent to the reading radiation.
  • the device of FIG. 1 is reverse biased, the layer 2 being in this case brought to a negative potential with respect to the layer 4.
  • the electro-optical material constituted by the multilayer 6 undergoes a periodic electric field which is directed along an axis Z perpendicular to the layers 2 and 4, this field being moreover periodic along the axis X which is perpendicular to the axis Z and parallel to the plane P.
  • pi, k, T and e represent respectively the well-known number which is worth approximately 3.14,
  • the thickness of the multilayer 6 is of the order of magnitude of the pitch of the interference fringes (which is for example approximately 1 micrometer).
  • a thickness of the order of 1 micrometer can be chosen for the multilayer layer 6.
  • the present invention differs from the structure proposed in document (3) by a separation of the photoconductive and electro ⁇ optical functions, which leads to better optimization g loba le.
  • the multilayer 6 forming the electro-optical material of the device of FIG. 1 is for example the quantum multi-well structure resulting from the stacking of 15 InGaAsP / InP 7nm / 25nm patterns (whose total thickness is 1.3 micrometer).
  • this particular quantum well structure has an electro-optical merit factor comparable to BaTiO when working at a wavelength corresponding to exciton resonance: by applying an electric field of 100 kV / c, a value of 800 pm / V was obtained in the neighborhood of 1.3 micron meter.
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of a device according to the invention, comprising a plurality of elementary patterns of the kind of that of FIG. 1.
  • the device represented in FIG. 4 comprises, on a substrate 8, a plurality of elementary patterns "layer 4-mu Lt i layer 6-layer 2 "stacked on top of each other, a layer 4 thus being in contact with the substrate 8.
  • each elementary pattern is separated from the next by a layer 10 transparent to the radiation from Reading RL, the thickness of which is for example of the order of a few hundred nanometers and which forms an electric screen between these patterns so that the field electric generated in layer 2 of an elementary pattern is not compensated by the 0electric field generated in layer 4 of the adjacent elementary pattern.
  • the device of FIG. 4 also comprises a contact layer 12 which covers the layer 2 furthest from the substrate 8.
  • the polarization of the device of FIG. 4 is carried out by appropriate polarization means
  • the substrate 8 is made of n-doped InP
  • - each layer 10 is made of n-doped InP
  • the contact layer 12 is made of p doped InP,
  • each layer 2 is made of n-doped InP
  • each layer 4 is p-doped InP layer 6 and each is a structure with m quantum ultipuits InGaAs / InP or InGaAsP / InP.
  • the di spos itif of the figure can possibly include another contact layer
  • Layer 4 The closest to the latter. It can therefore be seen that a device according to the invention can be produced with layers 2 and 4 produced from InP and mu Iti layers 6 which constitute structures with quantum multi-well compatible with InP, for example OInGaAsP structures. / InP or InGaAs / InP.
  • the MOCVD technique and the 5 MBE technique with gas sources lend themselves well to the production of quantum multi-well structures and semi-i so Lantes InP: Fe or Inp.Ti layers, with growth rates of several micrometers per hour . 0
  • the performance which can be obtained with devices according to the present invention is indicated below.
  • N No + dNmax. cos (2pi. x / Lambda)
  • Rd (pi. Lt .dNmax / lambda)
  • Lt represents the total active thickness of the device.
  • this total active thickness is 100 micrometers (stacks of 100 elementary patterns), the diffraction efficiency is worth 10, a value which is entirely suitable for different applications, for example in the field of image processing.
  • a choice of a wavelength of use Slightly greater than that associated with this "gap" is also possible and leads to dNmax at least ten times greater.
  • the advantage of the device object of the invention which makes it possible to separate the photoconduction function from the electro-optical function, is particularly perceptible when considering the photosensity ibi Lotti since the overall merit factor N .r / eps is much higher to those of known materials p hotorefact i fs (the product N .r being here associated with the material with high electro-optical coefficient,
  • a material with a quantum multi-well structure and the quantity eps being associated with the photoconductive material (s), with low dielectric constant, for example InP).
  • the order of magnitude of the gain in 0 photosensibility goes from 50 (for a Wavelength of use lower than that which corresponds to the "gap") up to several hundred (for a wavelength of use which is just 5superior to that which corresponds to the "gap").
  • the situation is radically different because, in addition to the fact that thin layers are usable, the electro-optical intermediate material has a higher resistivity and is not necessarily photoconductive at wavelength of use (it is in fact preferable that it is not).
  • an operating mode can be used where the electric field (which is used only to obtain a high electro-optical coefficient) is applied just after a short pulse 0 of writing, of great intensity, the intensity of the beam of reading being lower.
  • the present invention achieves response times of the order of 1 ns, the light intensity required to reach such values 5 being of the order of 1 to 100 kW / cm. It will be noted that, due to the symmetry of revolution with respect to the normal to the different layers of a device according to the invention, the result obtained is independent of the polarization of the hologram inscription beams when these beams are polarized.
  • the polarizations of these writing beams must be identical to produce an interference pattern.
  • the intermediate material does not necessarily have a structure of quantum multi-wells.
  • a ro ro ed iron material with a high electro-optical coefficient such as for example
  • BaTiO agrees. We see in Figure 5 an elementary pattern corresponding to this possibility: a single layer 18 of BaTiO is between a photoconductive layer 20 for example of amorphous Si and another photoconductive layer 22 for example of amorphous Si.
  • a thickness equal to 1 micrometer for the intermediate layer 18 (active layer) then leads to
  • Another device according to the invention is obtained by stacking elementary patterns, of the kind which has just been described with reference to FIG. 5.
  • a stack of 10 elementary patterns of which the active layers each have a thickness of 1 micrometer then leads to a diffraction efficiency of the order of 10

Abstract

Le dispositif photoréfractif est destiné à être exposé à un rayonnement d'inscription (Ri1, Ri2) qui est prévu pour créer un réseau de franges d'interférence dans le dispositif, et à un rayonnement de lecture (Rl) qui diffracte le réseau crée, 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 trous ayant une mobilité élevée. Application au traitement optique de signaux.

Description

DISPOSITIF PHOTO EF ACTIF
DESCRIPTION
La présente invention concerne un dispositif photoréf ract i f , 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, n°158, décembre 1990, pages 58 à 64.
On consultera également
(2) Topics in Applied Physics, Springer
Verlag, vol.61, Photoréfrae ve materials and their applications, Tome 1, Chapitre 8, The Photoré rac i ve
Effect in Semi conducto rs , Alastai r M. Glass and
Jefferson Strait.
Le dispositif objet de l 'invention peut servi r de dispositif d'enregistrement holographique réinscriptible.
Suivant le choix des constituants élémentaires du dispositif objet de L'invention, ce dispositif d'enregistrement holographique réinscriptible peut être sensible dans le domaine visible ou dans le domaine du proche infrarouge.
La présente invention a entre autres c JI e applications, toutes celles d'un dispositif d'enregistrement holographique réinscripti le, en particulier : - la déflexion de faisceaux Lumineux,
- la réalisation d'interconnexions optiques reconfi gurab les,
- la réalisation de miroirs à conjugaison de phase, et
- la réalisation de dispositifs de traitement optique de signaux qui peuvent être analogiques ou numéri ques .
Dans le cas de signaux analogiques, la présente invention 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 photoréfract fs constituent la classe de dispositifs d'enregistrement holographique réinscriptible La plus étudiée pour toutes les applications de l'holograph e dynami que .
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 près - de la figure d'interférence initiale.
Les deux éléments fondamentaux de l'effet photoréf actif sont ainsi la photoconductivi té et L'effet électro-optique.
Le plus souvent, cet effet électro-optique est l'effet POCKELS et i l faut alors utiliser des matériaux photoréfracti fs sous la forme de monocristaux massifs qui peuvent se présenter sous la forme de parallélépipède dont chacune des arêtes vaut quelques mi llimètres.
Par rapport à beaucoup d'autres effets optiques non linéaires, L'effet photoréfractif a une caractéristique originale : i l 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'à atteindre une valeur limite dNmax.
Les matériaux photoréf ract i fs 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 , BaTiO , KNbO ,
3 3 3 (BaSr)Nb o (SBN) par exemple, 2 6 matériaux rapides présentant un effet faible à saturation, tels que si lLénites (Bi SiO
12 20 Bi GeO , Bi TiO ) et semiconducteurs (GaAs, InP, 12 20 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 photoréf ract i fs massifs connus ont des caractéristiques identiques à un facteur 10 près. L'intérêt 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 photoréfract fs connus présentent un inconvénient : i l n'est pas possible de trouver de tels matériaux qui présentent simultanément un temps de réponse court à une excitation optique et une variation d'indice de réfraction dN élevée.
Pour résoudre ce problème, diverses solutions ont été essayées :
1° Application d'un champ électrique pour augmenter Le champ de charge d'espace.
Ceci a été fait avec succès pour les si llénites et les semiconducteurs.
Cependant, i l en résulte un certain accro ssement (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 photocourant, 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'a cun champ n'est appliqué.
2° Application d'un champ électrique pour augmenter le coefficient électro-optique effectif.
Si la longueur d'onde d'uti lisation est proche de celle qui correspond à la largeur de la bande interdite du matériau, L ' é Lectroréfracti on (effet Franz-Ke Ldysh ) devient importante et peut conduire à un coefficient électro-optique effectif (proportionnel au champ) plusieurs fois supérieur au coefficient électro- opt i que L i néai re .
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 1° ci -dessus, c'est-à-dire que le temps de réponse à une excitation optique reste assez i mportant .
3° Utilisation d'une structure à multipuits quantiques ("Multiple Quantum Wells" dans les articles en Langue anglaise) pour augmenter l ' é lect roréf ract i on .
IL est connu que L 'effet d ' é Lect roréf ract i on peut être sensiblement accru lorsqu'on passe d'un matériau massif à une structure à multipuits quant iques .
Ceci trouve des applications dans Le domaine de la modulation de la Lumière en configuration guidée ou pe pendiculaire au substrat. on se reportera au document suivant :
(3) Résonant photodiffractive effect in semi - insulating multiple quantum welLs, D.D. NOLTE, D.H. 0LS0N, G.E. DORAN, W.H. KNOX et A. M. GLASS, J . Opt. Soc. Am.B, vol.7, n°11, Novembre 1990, pages 2217 à 2225.
Dans le domaine de l'effet photoréfractif, ce document (3) a démontré La possibi lité 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 exposée au paragraphe 1° 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'i plantation sont inappropriées et on est donc conduit à rechercher ur.e structure à multipuits quantiques optimisée pour ces effets élec ro-optiques et contenant un centre profond avec un niveau d'énergie et une concentration bien choisis, ce qui peut conduire à une optimisation dé li cate .
En fin de compte, avec les matériaux photoréfracti f s connus, i l est impossible d'avoir s i mu Ltanément une rapidité d'établissement du réseau d'indice de réfraction (rapidité qui est liée notamment à la mobi lité mu des porteurs de charges et - une amplitude importante pour Le réseau d'indice photo-induit, amplitude qui est liée à la valeur du coefficient de mérite électro-optique N .r/2. Ainsi , Le plus rapide des matériaux connus 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 mi c romèt re . 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 pm/V mais avec des mobilités bien inférieures à 0,1cm /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.Y/G pompés par diode, i l est possible d'appliquer un champ électrique continu
(de l'ordre e 10 kV/cm) sur InP pour compenser partiellement la faiblesse du coefficient électro- optique (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-ce 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 élec ro-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 "mobi lité élevée", on entend une mobi lité 2 au moins égale à 10cm /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 mobi lité 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 e 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 faci le à uti liser 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 p otoconducteur de type p. 7 -, Q
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-opti ue 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 invention sera mieux comprise à la Lecture de La description d'exemples de réalisation donné s ci -après , 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 i llustre schémati quement 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 i llustre schémati quement 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 i llustre schémati quement 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 s chémat i quement un autre dispositif conforme à L'invention, qui comporte un seul motif élémentaire et dont le matériau électro- optique est sous la forme d'une couche simple.
Le dispositif conforme à l'invention, qui est schémat i quement représenté sur la figure 1, comprend un seul motif élémentaire 1.
Lors de son uti lisation, i l 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 Ri1 et Ri2 qui interfèrent.
Pendant que le dispositif est exposé au rayonnement d' nscription ou après cette exposition, on envoie un rayonnement de lecture Ri, ou rayonnement d'uti lisation, sur Le dispositif.
Le motif élémentaire 1 comporte deux couches photoconductrices 2 et 4 et une multicouche électro- optique 6 à structure de multipuits quantiques, qui est comprise entre les couches photoconductrices 2 et 4. La multicouche 6 a un coefficient électro- optique élevé vis-à-vis du rayonnement de Lecture et elle est transparente à ce dernier.
Les couches 2 et 4 sont des couches semi conduct ri ces dont les porteurs majoritaires respectifs ont une mobi lité 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 sché atiquement par la f gure 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 semi conductri c e 2, la flèche F1 symbolisant l'émission 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, en envoie, sur l'une des couches 2 et 4 (la couche 2 dans le cas de La figure 1) et para l Le Lement à un plan P perpendiculaire à cette couche, les deux faisceaux Ri1 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 travai lle généralement en transmission et le substrat non représenté sur Lequel sont empi lées 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 dans 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 muLti couche 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 mi cromètres .
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 électro¬ optique, ce qui conduit à une meilleure optimisation g loba le .
De plus, l'accroissement d'épaisseur du dispositif, par empilement de plusieurs motifs élémentaires, est relativement plus facile qu'un accro ssement d'épaisseur de la structure proposée dans le document (3), du fait de la non-nécessité d'implantation de centres profonds par bombardement de p rotons .
La multicouche 6 formant le matériau électro¬ optique 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 electro- optic intensity and phase modulation at 1.3 and 1.55 micrometer" J.E. Zucker, I. Bar-Joseph, N.I. Mi ller, V. Koren and D.S. Chemla, Applied Physics Letters, vol.54, n°1, 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 travai lle à une longueur d'onde correspondant à la résonance excitonique : par application d'un champ électrique de 100 kV/c , une valeur de 800 pm/V a été obtenue εu voisinage de 1,3 m i c romètre. 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 : C r (donneur) et couche 4 en InP:Cr (accepteur) .
On voit donc que L'on peut uti liser le même matériau semiconducteur (avec des dopages différents) pour réaliser les couches 2 et 4. II est également possible d'uti liser deux matériaux semiconducteurs différents, L'un avec un 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 s chémat i quement un dispositi f conforme à l'invention, comportant une pluralité de motifs élémentaires du genre de celui de la f i gure 1.
Plus précisément, le dispositif représenté sur La figure 4 comprend, sur un substrat 8, une pluralité de motifs élémentaires "couche 4-mu Lt i couche 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 électri ue engendré dans la couche 2 d'un motif élémentaire ne soit pas compensé par le champ 0électrique 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 su sr 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 di spos i t i f de la figure 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 parti r de InP et des mu Iti couches 6 qui constituent des structures à multipuits quantiques compatibles avec InP, par exemple des structures OInGaAsP/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 5technique MBE avec sources gazeuses se prêtent bien à La réalisation de structures à multipuits quantiques et de couches semi -i so Lantes InP:Fe ou Inp.Ti, avec des vitesses de croissance de plusieurs micromètres par heure. 0 On indique ci-après les performances que l'on peut obteni r avec des dispositifs conformes à La présente invention.
1° Performances relatives à la variation 5d' 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 électro- optique 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 :
Rd = (pi . Lt .dNmax/ lambda)
0où Lt représente l'épaisseur totale active du dispositif.
Si cette épaisseur totale active est de 100 micromètres (empi lements de 100 motifs élémentaires), 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'ut lisation Légèrement supérieure à celle qui est associée à ce "gap" est également possible et conduit à des dNmax au oins 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 possibi lités technologiques et des applications.
2° Performances relatives la 5 photosensibi lité dN/I
L'intérêt du dispositif objet de L'invention, qui permet de séparer la fonction photoconduction de la fonction électro-optique, est particulièrement lOperceptible lorsqu'on considère la photosens ibi Lité puisque le facteur de mérite global N .r/eps est nettement supérieur à ceux des matériaux p hotoréf ract i fs connus (le produit N .r étant ici associé au matériau à fort coefficient électro-optique,
15par 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 0photosensib lité (en prenant comme référence InP massif en fonctionnement non résonant) va de 50 (pour une Longueur d'onde d'uti lisation inférieure -à celle qui correspond au "gap") jusqu'à plusieurs centaines (pour une longueur d'onde d'uti lisation qui est juste 5supérieure à celle qui correspond au "gap") .
On rappelle que le déplacement des charges dans les matériaux qui encradrent La structure à multipuits quantiques n'est pas assisté par un champ électrique continu et qu'en conséquence la constante de 0temps de formation du champ de charge d'espace est identique à celle d'un matériau massif fonctionnant sans champ appliqué.
3° Performances relatives au temps de réponse 5tau On a vu ci-dessus qu'un dispositif conforme à l'invention offrait un gain significatif en photosensibilité par rapport aux matériaux 5 photoréfracti fs connus.
Ceci permet de reculer d'autant les Limites qui, dans La pratique, résuLtent de L ' échauffement dû à L'absorption optique et à L'effet Joule.
On notera de plus que l'uti lisation de lOcouches minces est avantageuse du point de vue de la dissipation thermique.
L'usage d'un champ électrique perpendiculaire au dispositif et ayant une valeur de l'ordre de 1C0 kV/cm (à comparer à la valeur de l'ordre de 10 kV/cm 15typi quement uti lisée dans les semiconducteurs photoréfractifs massifs) pourrait Laisser penser que de sérieux problèmes d ' échauffement par effet Joule se posent .
En fait, dans la présente invention, la 0situation est radicalement différente car, outre le fait que des couches minces sont uti lisables, le matériau électro-optique intermédiaire a une plus grande résistivité et n'est pas nécessairement photoconducteur à la longueur d'onde d'uti lisation (il 5est en fait préférable qu'i l ne Le soit pas).
De plus, on peut employer un mode de fonctionnement où le champ électrique (qui sert uniquement à obteni r un coefficient électro-optique élevé) est appliqué juste après une brève impulsion 0d ' inscript on, de grande intensité, l'intensité du faisceau de lecture étant plus faible.
La présente invention permet d'atteindre des temps de réponse de L'ordre de 1 ns, l'intensité lumineuse nécessa re pour atteindre de telles valeurs 5étant de l'ordre de 1 à 100 kW/cm . 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.
Bien entendu, dans ce cas, les polarisations de ces faisceaux d'inscription doivent être identiques pour produire une figure d'interférence. Dans la présente invention, le matériau intermédiaire, à fort coefficient électro-optique, n'a pas nécessai rement une structure de multipuits quanti ques .
On peut uti liser un matériau "massif" à fort coeff i ci ent électro-optique (par exemple de l'ordre de 4 10 pm/V) .
A cet égard, un matériau fer roé lect ri que à fort coefficient électro-optique, comme par exemple
BaTiO , convient. On voit sur La figure 5 un motif élémentaire correspondant à cette possibi lité : une couche simple 18 en BaTiO est comprise entre une couche photoconductrice 20 par exemple en Si amorphe et une autre couche photoconductrice 22 par exemple en Si amorphe .
Une épaisseur égale à 1 micromètre pour la couche intermédiaire 18 (couche active) conduit alors à
-5 un rendement de diffraction de L'ordre de 10
Un autre dispositif conforme à l'invention est obtenu en empi lant des motifs élémentaires, du genre de celui qui vient d'être décrit en faisant référence à La figure 5.
Un empi lement de 10 motifs élémentaires dont Les couches actives ont chacune une épaisseur de 1 micromètre conduit alors à un rendement de diffraction de l'ordre de 10

Claims

REVENDICATIONS 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'i l comprend au moins un motif élémentaire C1), chaque motif élémentaire comportant : - 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
- 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.
2. Dispositif selon la revend cation 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 mobi lité élevée, vers la bande de conduction de ce semiconducteur, et en ce que le deuxième matériau p otoconducteur (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. 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 mêrre matériau semiconducteur dont Le dopage est de type n pour le premier matériau photoconducteur et de type p pour le deuxième matériau p hotoconducteur.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi cat i ons 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. 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. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau électro-optique (6) a une structure de multipuits quant iques .
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. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'i l comprend une pluralité de motifs élémentaires (1).
10. Dispositif selon la revendication 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 é lémentai res .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0638831A1 (fr) * 1993-08-09 1995-02-15 France Telecom Dispositif photoréfractif à puits quantiques
FR2713788A1 (fr) * 1993-12-09 1995-06-16 France Telecom Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques.
EP0736791A1 (fr) * 1995-04-07 1996-10-09 France Telecom Dispositif photoréfractif à puits quantiques

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2712732B1 (fr) * 1993-11-17 1996-02-09 France Telecom Cellule photoréfractive.
US6088139A (en) * 1995-08-31 2000-07-11 Ngk Insulators, Ltd. Method and an apparatus for recording and reproducing using a hologram, an apparatus for irradiating light for reproduction to a hologram, a hologram device and a manufacturing method of the same
US5992562A (en) 1996-01-26 1999-11-30 Jlg Industries, Inc. Scissor lift control apparatus
DE69709709D1 (de) 1996-03-15 2002-02-21 Retinal Display Cayman Ltd Verfahren und vorrichtung zur betrachtung eines bildes
US6025950A (en) * 1997-09-22 2000-02-15 Coretek, Inc. Monolithic all-semiconductor optically addressed spatial light modulator based on low-photoconductive semiconductors
AU5460899A (en) 1998-07-29 2000-02-21 Digilens Inc. In-line infinity display system employing one or more switchable holographic optical elements
US6094283A (en) 1998-10-16 2000-07-25 Digilens, Inc. Holographic display with switchable aspect ratio
WO2000024204A1 (fr) 1998-10-16 2000-04-27 Digilens, Inc. Procede et affichage pour multiplication de la resolution d'un affichage
WO2000023835A1 (fr) 1998-10-16 2000-04-27 Digilens, Inc. Technique holographique permettant l'illumination d'afficheurs d'image a l'aide de la lumiere ambiante
US6678078B1 (en) 1999-01-07 2004-01-13 Digilens, Inc. Optical filter employing holographic optical elements and image generating system incorporating the optical filter
KR20010090432A (ko) 1999-03-23 2001-10-18 추후 보정 광학 피드백을 사용하는 조명 시스템
US6504629B1 (en) 1999-03-23 2003-01-07 Digilens, Inc. Method and apparatus for illuminating a display
AU6400300A (en) 1999-08-04 2001-03-05 Digilens Inc. Apparatus for producing a three-dimensional image
FR2811770B1 (fr) * 2000-07-11 2003-01-17 France Telecom Structure d'absorbant saturable, notamment pour composant optique de regeneration, et procede pour sa realisation
US6424437B1 (en) 2000-10-10 2002-07-23 Digilens, Inc. Projection display employing switchable holographic optical elements

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713718A1 (de) * 1976-05-03 1977-11-17 Xerox Corp Optisch adressiertes lichtventil
WO1984003397A1 (fr) * 1983-02-28 1984-08-30 American Telephone & Telegraph Dispositif semiconducteur regulateur de lumiere utilisant des puits de quanta multiples

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004325A (en) * 1990-01-16 1991-04-02 At&T Bell Laboratories Optical processing using a multilayer heterostructure
US5222071A (en) * 1991-02-21 1993-06-22 Board Of Trustees Leland Stanford, Jr. University Dynamic optical grating device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713718A1 (de) * 1976-05-03 1977-11-17 Xerox Corp Optisch adressiertes lichtventil
WO1984003397A1 (fr) * 1983-02-28 1984-08-30 American Telephone & Telegraph Dispositif semiconducteur regulateur de lumiere utilisant des puits de quanta multiples

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA - B. vol. 7, no. 11, Novembre 1990, NEW YORK US pages 2217 - 2225; D.D.NOLTE ET AL.: 'Resonant photodiffractive effect in semi-insulating multiple quantum wells' cité dans la demande *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0638831A1 (fr) * 1993-08-09 1995-02-15 France Telecom Dispositif photoréfractif à puits quantiques
FR2709003A1 (fr) * 1993-08-09 1995-02-17 Deveaud Pledran Benoit Dispositif photoréfractif à puits quantiques.
US5559613A (en) * 1993-08-09 1996-09-24 France Telecom Etablissement Autonome De Droit Public Photorefractive device with quantum wells
FR2713788A1 (fr) * 1993-12-09 1995-06-16 France Telecom Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques.
EP0658792A1 (fr) * 1993-12-09 1995-06-21 France Telecom Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques
US5521398A (en) * 1993-12-09 1996-05-28 France Telecom Quantum well heterostructure optical operator
EP0736791A1 (fr) * 1995-04-07 1996-10-09 France Telecom Dispositif photoréfractif à puits quantiques
FR2732782A1 (fr) * 1995-04-07 1996-10-11 Lambert Bertrand Dispositif photoreactif perfectionne

Also Published As

Publication number Publication date
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