Commutateurs optiquessont des composants clés de la commutation optique, possédant un ou plusieurs ports de transmission sélectionnables qui peuvent convertir ou effectuer des opérations logiques sur les signaux optiques dans les lignes de transmission optique. Leurs applications sont largement répandues dans les systèmes de réseaux à fibre optique.
Les commutateurs optiques peuvent être divisés en deux catégories principales : mécaniques et non-mécaniques. Les commutateurs optiques mécaniques reposent sur le mouvement des fibres optiques ou des composants optiques pour modifier le chemin optique ; les commutateurs optiques non-mécaniques s'appuient sur des effets électro-optiques, acousto-optiques ou thermo-optiques pour modifier l'indice de réfraction du guide d'onde, modifiant ainsi le chemin optique. La structure et les principes de fonctionnement de ces deux types de commutateurs optiques sont décrits ci-dessous.
Commutateur optique mécanique
Les nouveaux types de commutateurs optiques mécaniques incluent les commutateurs optiques à micro-système électromécanique (MEMS) et les commutateurs optiques à couche mince métallique-.
Les commutateurs optiques des systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont fabriqués sur un matériau de substrat semi-conducteur, créant un ensemble de micro-miroirs capables d'un mouvement et d'une rotation infimes. Ces micro-miroirs sont très petits, environ 140 μm x 150 μm, et sous l'influence d'une force motrice, ils commutent le signal optique d'entrée vers différentes fibres de sortie. La force motrice appliquée aux micro-miroirs est générée à l'aide d'effets thermiques, magnétiques ou électrostatiques. La structure d'un commutateur optique MEMS est représentée sur la figure.
Lorsque le micro-miroir est dans l'orientation 1, la lumière d'entrée est émise via le guide d'ondes de sortie 1 ; lorsque le micro-miroir est dans l'orientation 2, la lumière d'entrée est émise via le guide d'ondes de sortie 2. La rotation du micro-miroir est contrôlée par une tension (100-200 V). Cet appareil présente une petite taille, un taux d'extinction élevé (le rapport entre la puissance optique de sortie à l'état activé - et la puissance optique de sortie à l'état désactivé -), une insensibilité à la polarisation, un faible coût, une vitesse de commutation modérée et une perte d'insertion inférieure à 1 dB. La structure d'un commutateur optique à couche mince métallique est illustrée à la figure 3-40. Dans ce type de commutateur optique, la couche centrale du guide d'ondes se trouve sous la gaine inférieure et un film mince métallique se trouve au-dessus, avec de l'air entre le film mince métallique et le guide d'ondes. Une tension appliquée entre la couche mince métallique et le substrat génère une force électrostatique sur la couche mince métallique. Sous cette force, le film mince métallique se déplace vers le bas et entre en contact avec le guide d'ondes, modifiant ainsi l'indice de réfraction du guide d'ondes et modifiant ainsi le déphasage du signal optique traversant le guide d'ondes. Sur la figure 3-40c, sans tension, le film mince d'or est soulevé et le déphasage dans les deux bras est le même, de sorte que le signal optique est émis par le port 2 ; lorsque la tension est appliquée, le film mince métallique entre en contact avec le guide d'ondes, provoquant un déphasage π dans ce bras, et le signal optique est émis par le port 1.
Commutateur optique non-mécanique
Les commutateurs optiques non-mécaniques incluent des types tels que les commutateurs optiques à cristaux liquides, les commutateurs optiques à effet électro-optique, les commutateurs optiques à effet thermo-optique et les commutateurs amplificateurs optiques à semi-conducteurs.
Un commutateur optique à cristaux liquides est fabriqué en créant des guides d'ondes de dérivation de faisceau lumineux polarisé sur un matériau semi-conducteur. Un sillon est gravé selon un angle spécifique à l'intersection des guides d'ondes, et des cristaux liquides sont injectés dans le sillon. Un radiateur est placé sous la rainure. Lorsque la rainure n’est pas chauffée, le faisceau lumineux la traverse ; lorsqu'elle est chauffée, des bulles sont générées à l'intérieur du cristal liquide et, en raison de la réflexion interne totale, la lumière change de direction et est émise dans le guide d'ondes souhaité.
Les effets électro-optiques et thermo-optiques utilisent le phénomène selon lequel l'indice de réfraction de certains matériaux change en fonction de la tension et de la température, permettant ainsi la création de dispositifs de commutation optique.
Les commutateurs optiques d'amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) obtiennent une fonctionnalité de commutation en modifiant la tension de polarisation de l'amplificateur optique à semi-conducteur.
Les principaux paramètres des commutateurs optiques incluent la plage de longueurs d'onde, la perte d'insertion, la perte de réflexion optique, la diaphonie, la puissance d'entrée optique, la perte dépendante de la polarisation-, la répétabilité, la vitesse de commutation et la durée de vie.
Filtre optique
Les filtres optiques sont des dispositifs sélectifs en longueur d'onde-qui ont des applications importantes dans les systèmes de communication à fibre optique, telles que le filtrage du bruit dans les amplificateurs optiques, comme indiqué dans la section précédente. Surtout dans les réseaux à fibre optique WDM, où chaque récepteur doit sélectionner le canal requis, les filtres deviennent un composant indispensable. Les filtres sont divisés en deux catégories principales : les filtres fixes et les filtres réglables. Le premier laisse passer un signal lumineux d’une longueur d’onde spécifique, tandis que le second peut sélectionner dynamiquement des longueurs d’onde dans une certaine bande passante optique. Les fonctions et la classification des filtres optiques sont présentées sur la figure.
Les caractéristiques de transmission d'un filtre optique pratique sont illustrées sur la figure. Les principaux paramètres d'un filtre optique à longueur d'onde fixe - sont la longueur d'onde centrale λ2 et la bande passante Δλ. En plus de ceux-ci, il existe également des paramètres tels que la perte d’insertion et l’isolation.
Réseau à fibre optique
Les réseaux de Bragg à fibre utilisent les défauts introduits lors de la fabrication de la fibre, en utilisant l'irradiation par la lumière ultraviolette pour créer une variation périodique de la distribution de l'indice de réfraction du cœur de la fibre. L'effet filtrant d'un réseau de Bragg à fibre est illustré sur la figure ; les longueurs d'onde satisfaisant à la condition du réseau de Bragg sont totalement réfléchies, tandis que les autres longueurs d'onde les traversent, ce qui en fait un filtre coupe-bande entièrement-fibre.
Il existe deux méthodes pour fabriquer des réseaux de Bragg en fibre :
(1) Méthode d'interférence :La méthode d'interférence utilise le principe de l'interférence à deux -faisceaux. Un faisceau de lumière ultraviolette est divisé en deux faisceaux parallèles, créant un champ d'interférence à l'extérieur de la fibre optique. En ajustant les longueurs des deux bras d'interférence, la période des franges d'interférence résultantes peut être amenée à répondre aux exigences de fabrication du réseau de Bragg à fibre.
(2) Méthode du masque de phase :La méthode du masque de phase utilise un masque préfabriqué-. Lorsque la lumière ultraviolette traverse le masque de phase, des interférences se produisent, créant un champ d'interférence sur la surface cylindrique de la fibre optique, inscrivant ainsi le réseau dans la fibre.
