Calcul optoélectronique et hologrammes calculés

Le calcul optoélectronique désigné souvent par le terme traitement optique de l'information a fait l'objet de recherches très actives dans le monde, car il repose sur une idée très prometteuse qui est d'utiliser les propriétés de vitesse et de parallélisme de la lumière pour traiter l'information à très haute cadence. Dans le cas du traitement optique, l'information sera une information optique sous la forme d'un signal optique unidimensionnel ou d'une image. Par rapport aux processeurs électroniques qui, pour la plupart, traitent l'information en série, l'optique a l'avantage de son parallélisme inhérent et naturel permettant ainsi le traitement en parallèle et en temps réel de très grandes quantités de données. De plus, la transformée de Fourier est effectuée très simplement par une lentille convergente. Toutes ces propriétés constituent les atouts majeurs des calculateurs optoélectroniques pour le traitement d'images, la reconnaissance de formes par corrélation, ainsi que les interconnexions optiques en espace libre. Elles expliquent aussi que depuis les années 1960 et l'arrivée du laser, les processeurs optiques ont fait l'objet de recherches très actives dans le monde entier suscitant beaucoup d'enthousiasmes et des réalisations expérimentales prometteuses, en particulier entre 1980 et 2005. Aujourd'hui, les progrès des ordinateurs, aussi bien en puissance de calcul qu'en capacité mémoire, font que la perspective d'un processeur tout optique de traitement du signal n'est plus d'actualité, mais que la présence d'optique au sein de calculateurs électroniques est de plus en plus une nécessité. Aujourd'hui, ces 50 années de recherche dans des domaines très variés tels que l'architecture de processeurs, les algorithmes de traitement du signal, les composants optoélectroniques (diodes laser, modulateurs spatiaux de lumière, détecteurs, composants non linéaires…), les éléments optiques diffractifs, les techniques d'imagerie pour n'en citer que quelques-uns, contribuent au succès de la photonique et à l'émergence de nouveaux domaines comme la nanophotonique ou la biophotonique.

L'holographie calculée est née dans les mêmes années 1960 que le calcul optoélectronique et a longtemps été associée à lui en tant que composant des processeurs optiques. Tout comme les hologrammes enregistrés optiquement, les hologrammes calculés par ordinateur ont pour but l'enregistrement et la reconstruction d'un front d'onde. Cependant, le front d'onde restitué étant calculé et codé sur la surface de l'hologramme calculé, ce dernier permet beaucoup plus de souplesse. Des fronts d'ondes complexes très variés peuvent être générés faisant de l'hologramme calculé, appelé actuellement Élément Optique Diffractif Numérique, le composant optique idéal pour la manipulation de la lumière. Les hologrammes calculés sont arrivés actuellement dans une phase de maturité aussi bien pour les algorithmes de calcul que pour les méthodes de fabrication qui sont empruntées à la microlithographie. Les applications sont très variées, elles touchent le domaine industriel, scientifique et grand public. La réalisation de composants à la structure inférieure à la longueur d'onde ouvre actuellement de nouvelles perspectives d'applications.

Cet article comprend donc deux parties, la première consacrée au calcul optoélectronique et la deuxième aux hologrammes calculés.