Brevet FR2494857A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne les systèmes de transmission optiques et elle porte plus particulièrement sur un commutateur destiné à commuter un signal optique entre des fibres optiques. L'utilisation de fibres optiques dans les applica- tions concernant les télécommunications nécessite d'être capable de commuter un signal optique entre des fibres opti- ques avec une faible perte, sur un nombre variable de cycles de commutation. Les fibres optiques peuvent être des fibres monomodes ou des fibres multimodes. Les fibres monomodes ont un coeur de transmission de la lumière dont le diamètre est approximativement égal au dixième du diamètre des fibres multimodes. Cependant, les fibres monomodes présentent des pertes de signal par unité de distance qui sont inférieures à celles des fibres multimodes, et elles sont donc plus sou- haitables pour les systèmes de transmission optiques à lon- gue distance. Le nombre de cycles de commutation pour l'un ou l'autre type de fibre optique peut varier de un à deux jusqu'à plusieurs milliers au cours de la durée de vie utile du commutateur. Un niveau de fiabilité élevé est particuliè- rement important dans de nombreuses applications, comme pour les systèmes de transmission par fibres sous-marins, dans lesquelles on ne peut pas réparer ou remplacer facilement le commutateur optique. La fonction de commutation des commutateurs pour fibres optiques est accomplie de façon caractéristique par l'utilisation d'un dispositif optique et/ou du mouvement des fibres. Dans les commutateurs utilisant un dispositif opti- que, tel qu'une lentille ou un miroir, le dispositif optique aiguille le signal optique entre des fibres optiques sépa- rées dans l'espace. Ces commutateurs procurent de façon carac- téristique une fiabilité satisfaisante mais ils présentent des caractéristiques défavorables de pertes de signal et de niveaux de diaphonie à cause du dispositif optique et de la séparation inhérente entre les fibres optiques. Dans les commutateurs à fibres mobiles, on effectue la commutation par le déplacement et l'alignement précis d'une fibre par rapport à l'autre. Il existe un certain nombre de structures de com- mutateur à fibres mobiles susceptibles de parvenir à de fai- bles pertes de signal et à de faibles niveaux de diaphonie (voir par exemple les brevets U.S. 4 033 669 et 4 220 396). Cependant, les commutateurs à fibres mobiles présentent le problème qui consiste en ce que la perte de signal et le niveau de diaphonie tendent à augmenter considérablement après un grand nombre de manoeuvres du commutateur. De plus, la plupart des structures ne sont pas aisément adaptables à l'utilisation indifférente avec des fibres optiques multimo- des ou monomodes. Compte tenu de ce qui précède, il serait extrême- ment souhaitable de disposer d'un commutateur à fibres mobiles utilisable indifféremment avec des fibres monomodes ou multimodes qui présente une faible perte sur des milliers de cycles de commutation. Conformément à l'invention, on parvient à effec-. tuer une commutation fiable et à faible perte portant indifféremment sur des fibres optiques monomodes ou multimc- des. Le commutateur pour fibres optiques comprend deux boîtiers qui contiennent des fibres optiques. Chaque boîtier comporte deux surfaces extérieures parallèles qui sont rai- nurées. Les deux bottiers sont logés dans une pièce de support encochée, avec les fibres optiques de chaque boî- tier parallèles les unes aux autres. Les parois latérales de l'encoche sont également rainurées et sont complémentaires des surfaces extérieures rainurées des bottiers. Un bottier est positionné dans l'encoche de façon fixe par l'interpéné- tration des surfaces extérieures rainurées du bottier et des parois latérales rainurées. La commutation entre les fibres optiques est accomplie par la translation du second bottier, dans une direction pratiquement perpendiculaire aux surfaces extérieures des bottiers, de façon à amener le second bol- tier dans une position parmi deux. Chaque position est déter- minée de façon précise par l'interpénétration d'une surface extérieure rainurée et d'une paroi latérale rainurée. Une caractéristique de l'invention consiste en ce qu'on peut maintenir une faible perte de signal optique sur plusieurs centaines de milliers de cycles de commutation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue de face d'un mode de réali- sation de l'invention; La figure 2 est une vue de c8té de galettes utili- sées dans le mode de réalisation de la figure 1; La figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1; et La figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 1. Comme le montrent les figures 1, 3 et 4, deux bottiers 101 et 102 sont disposés dans une pièce de support encochée 103. Le bottier 101, qui retient un réseau plan de fibres optiques 104 et 105, est positionné de façon fixe dans la pièce de. support 103. Le bottier 102 retient un réseau plan de fibres optiques 108 et-il est monté de façon flottante dans la pièce de support 103, avec les réseaux de fibres optiques 104, 105 et 108 mutuellement parallèles. Le réseau 108 traverse un canal 113 formé dans la paroi 114. Le bottier 102 est maintenu en contact avec le bottier 101 par une force longitudinale F que produit un ressort hélicoïdal 115. (Dans un but de clarté, les bottiers 101 et 102 sont représentés sur la figure 1 avec une légère séparation entre eux.) Le ressort hélicoïdal 115 entoure le réseau 108 et il est positionné entre la paroi 114 de la pièce de support 103 et la face d'extrémité 116 du bottier 102. Le déplacement du bottier 102, dans une direction pratiquement perpendiculaire aux réseaux de fibres 104, 105 et 108, vers une position quelconque parmi deux, est obtenu par la manoeuvre de l'un ou l'autre des électro-aimants 109 ou 110. Ces deux électro- aimants traversent la pièce de support 103. Des ressorts hélicoïdaux 111 et 112 sont avantageusement disposés dans chaque électro-aimant pour centrer le bottier 102 à l'inté- rieur de la pièce encochée 103, lorsqu'aucun des électro- aimants n'est actionné. Les bottiers 101 et 102 sont fabriqués par empilage de galettes minces 201 représentées sur la figure 2. Chaque 2494857- galette 201 comporte deux surfaces parallèles 202 et 203 qui présentent un certain nombre de rainures longitudinales et parallèles 204 et des arêtes méplates 209. Chaque rainure a une section transversale uniforme et une largeur maximale g. Les surfaces 202 et 203 sont géométriquement identiques lorsque les rainures de chacune d'elles sont alignées verti- calement. Pour former les bottiers 101 et 102, on empile les galettes 201, en alignant les rainures 204 des galettes adjacentes pour former des canaux de réception de-fibre. Deux galettes 205, ayant chacune des surfaces parallèles 206 et 207, sont fixées à la pièce de support 103. La surface 206, contenant des rainures 208 et des arêtes 210,est la sur- face complémentaire des surfaces 202 et 203 de la galette 201. On désigne par p la largeur d'arête minimale. Deux galettes 205 et les surfaces rainurées les plus extérieures des bottiers 101 et 102 ne sont pas utilisées pour retenir les fibres optiques mais, comme on le décrira, pour définir avec précision la position relative de chaque bottier sur des milliers de cycles de commutation. On va maintenant considérer les figures 1 et 3. Le boîtier 101 comprend trois galettes empilées 201 qui sont entrelacées par rapport aux réseaux de fibres 104 et 105. On fabrique le bottier 101 en introduisant chaque fibre d'un réseau dans une rainure formée dans une surface de la galette 201. On empile ensuite une seconde galette au sommet de la première, avec les rainures inférieures de la seconde galette alignées avec les rainures supérieures de la premiè- re galette, pour former des canaux de réception de fibre 301. On introduit ensuite les fibres du second réseau dans les rainures supérieures de la seconde galette, puis on aligne une troisième galette au sommet de la seconde pour former des canaux de réception de fibre 301 supplémentaires. Après empilage, on introduit de l'époxyde entre les tranches et on rode et on polit chaque face d'extrémité de fibre opti- que, de façon qu'elle soit pratiquement en affleurement avec les faces d'extrémité des galettes empilées. On assemble une structure de support de bottiers en collant la surface 207 d'une galette 205 sur une paroi 2494ui 305 et en collant la surface 207 d'une seconde galette 205 sur une vis 106. Ceci forme une encoche avec des parois laté- rales parallèles et rainurées dans laquelle on introduit le bottier 101. Le positionnement précis du bottier 101 est assu- ré par l'interpénétration des surfaces rainurées extérieures du bottier 101 et des parois latérales rainurées de l'enco- che. La vis 106 traverse la pièce de support 103 pour faire en sorte que cette interpénétration soit maintenue et pour empêcher un déplacement longitudinal du bottier 101. En considérant les figures 1 et 4, on voit que le bottier 102 comprend deux tranches 201 qui entrelacent le réseau de fibres 108. Les deux tranches 201 sont empilées, comme dans le bottier 101, avec les rainures des surfaces adjacentes alignées pour former des canaux de réception de fibre 301. Comme il est représenté, les fibres du réseau 108 sont alignées axialement de façon précise et viennent pratiquement en butée sur les fibres du réseau 105. L'ali- gnement précis est assuré par l'interpénétration des rainu- res de la surface extérieure de la galette la plus inférieu- re, 201, du bottier 102, et des rainures complémentaires de la galette inférieure 205 de la pièce de support 103. Ces deux surfaces rainurées sont amenées en contact mutuel par l'action de l'électro-aimant 109. Selon une variante,. on peut actionner l'électro-aimant 110, ce qui aligne les fibres du réseau 108 avec les fibres du réseau 104, par l'interpénétration des rainures de la surface extérieure de la tranche supérieure du bottier 102 et des rainures complé- mentaires de la tranche supérieure 205 de la pièce de support 103. Pour maintenir un alignement axial précis du réseau de fibres 108 par rapport au réseau de fibres 104 ou , on choisit judicieusement la différence entre la pro- fondeur D de l'encoche de la pièce de support 103 et la lar- geur W de la galette 201, de façon qu'elle soit inférieure à la largeur maximale g des rainures, diminuée de la largeur minimale p des arêtes. La pièce de support 103 est également munie d'une plaque de couvercle 308 (représentée en trait mixte sur les figures 3 et 4). Cette utilisation d'une pla- que de couvercle, jointe à la différence précitée entre la profondeur de l'encoche et la largeur des galettes assure un auto-centrage et une interpénétration complète des surfa- ces rainurées extérieures du bottier 102 et des parois laté- rales rainurées de l'encoche. Lorsqu'on empile des galettes 201 pour former le bottier 101 ou 102, il existe un espace 302 entre les canaux de réception de fibre 301 formés par les surfaces de galette rainurées disposées de façon adjacente. On choisit de préfé- rence la configuration géométrique des rainures de façon à maintenir un espace 302 entre les galettes adjacentes. Cet espace est de façon caractéristique d'environ 38 microns. (Pm). Par conséquent, les galettes chevauchent les fibres optiques qu'elles enveloppent, sans venir en contact entre elles. Si on supprimait l'espace 302, certaines fibres pourraient probablement se déplacer et perdre l'alignement, augmentant ainsi les pertes de commutation. On a construit des commutateurs pour des fibres optiques ayant un diamètre de 110 microns ("m). Les commu- tateurs pour fibres multimodes ont conservé une perte de signal optique inférieure à 0,2 dB sur 250000 cycles, avec des niveaux de diaphonie inférieurs à -70 dB. On a également commuté des fibres optiques monomodes avec une perte de signal optique inférieure à 0,5 dB. Les modèles de commuta- teurs utilisaient des galettes de silicium d'une épaisseur de 0,51 millimètre (mm). Les commutateurs avaient un encom- brement extrêmement réduit du fait que les galettes 201 et 205 mesuraient respectivement 6,30 mm et 12,70 mm. On a utilisé une attaque préférentielle du silicium pour produire des rainures de 0,050 mm de profondeur avec un entre-axe de 0,23 mm. L'angle formé par les parois de rainure en regard était d'environ 70,50. Enfin, pour réduire les réflexions de Fresnel, on a appliqué un fluide d'adaptation d'indice sur les faces d'extrémité des fibres, pendant le montage. Les bottiers 101 et 102 ont été fabriqués en uti- lisant respectivement trois et deux galettes, mais on com- prend évidemment que la taille des bottiers est réglable. On peut par exemple faire varier le nombre de galettes et le nombre de rainures dans chaque galette pour loger un nombre 2494u7 variable de réseaux de fibres, ainsi qu'un nombre variable de fibres optiques dans chaque réseau. En outre, la fabrica- tion de chaque bottier n'est pas limitée à l'empilement de galettes. On pourrait par exemple former des ouvertures de précision dans un bloc de métal ou de matière plastique com- portant deux surfaces extérieures parallèles et rainurées. De façon similaire, on pourrait supprimer les galettes 205 en formant directement les rainures dans la pièce de support 103. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent!être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Commutateur pour fibres optiques caractérisé en ce qu'il comprend des premier (101) et second (102) bottiers traversés par un certain nombre de canaux de réception de fibre (301), chaque bottier comportant également deux-surfa- ces extérieures parallèles, avec dans ces surfaces un cer- tain nombre de rainures (204) ayant une section transversale uniforme, la distance, en direction perpendiculaire, entre les surfaces du premier bottier étant supérieure à la distan- ce en direction perpendiculaire entre les surfaces du second bottier; des premier (104, 105) et second (108} ensembles de fibres optiques qui sont respectivement disposés dans les canaux de réception de fibre des premier et second bol- tiers; un assemblage de support (103, 106, 205) comportant une encoche avec des parois latérales parallèles et rainu- rées qui sont complémentaires des surfaces extérieures rai- nurées des bottiers, le premier bottier étant positionné dans l'encoche de façon fixe par l'interpénétration des sur- faces extérieures rainurées du premier bottier et des parois latérales rainurées de l'encoche, tandis que le second bot- tier est disposé dans l'encoche en position adjacente au premier bottier, avec les premier et second ensembles de fibres optiques mutuellement parallèles; et des moyens (109, 110) destinés à déplacer le second bottier dans une direction pratiquement perpendiculaire aux surfaces exté- rieures, vers l'une quelconque de deux positions dans lesquelles un nombre prédéterminé de fibres optiques des premier et second ensembles sont alignées axialement, chaque position étant déterminée de façon précise par l'interpéné- tration de la surface extérieure rainurée du boîtier et de la paroi latérale rainurée de l'encoche. 2. Commutateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre des moyens (115) destinés à maintenir pratiquement l'un contre l'autre les premier et second bottiers. - 3. Commutateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les premier et second bottiers comprennent m 2494%u7 et n galettes empilées (201), en désignant par m et n des entiers supérieurs à deux, et avec m >n, chaque galette comporte deux surfaces parallèles (202, 203), et chaque sur- face comporte un certain nombre de rainures parallèles et distantes (204) qui sont alignées avec les rainures d'une surface de galette adjacente pour former les canaux de réception de fibre (301).