Brevet FR2523393A1 — publié le 19830916

DISPOSITIF DE COMMUTATION OPTIQUE La présente invention se rapporte aux dispositifs de commutation optique qui permettent d'effectuer un couplage sélectif d'une fibre incidente d'un premier ensemble, avec une fibre émergente d'un deuxième ensemble pour par exemple envoyer le signal lumineux transmis par la fibre incidente vers la fibre émergente. Les termes "incident" et "émergent" ne sont en aucune façon limitatifs d'un procédé particulier de tranmission et n'indiquent pas notamment que les transmissions soient unidirectionnelles. I1 existe déjà des dispositifs de commutation optoélectronique qui permettent d'aiguiller un signal lumineux transmis par une fibre optique incidente vers une fibre optique émergente. Cependant la commutation est réalisée à l'aide de circuits électro- niques. Si bien que l'un des principaux avantage de l'utilisation des fibres optiques est perdu. En effet, ces circuits transforment le signal lumineux transmis par une fibre incidente, en signal électrique. Ils traitent ce signal, puis le retransforment en signal lumineux pour l'envoyer vers la fibre émergente. La bande passante pour le signal à transmettre se trouve diminuée car ces circuits n'ont pas des bandes passantes aussi élevées que celle des fibres optiques. I1 en résulte une moins bonne qualité de la transmission. Il existe également des dispositifs de commutation optique n'utilisant pas d'interface électronique. Un exemple particulier est illustré dans l'article de YAMAMOTO, YOKOYAMA, OGIWARA, et YOSHIDA intitulé " Large-Scale and Low-Loss Optical Switch Matrix For Optical Switching Systems" paru dans la revue Journal of Optical Commutations 1 (19E La transmission du signal est effectuée par l'intermédiaire d'éléments optiques autres que les fibres, par exemple des lentilles ou des prismes. L'inconvénient majeur de cette méthode est qu'elle présente des pertes assez considérables du fait que les trajets optiques entre les fibres sont relativement longs. I1 existe également des dispositifs de commutation optique permettant le couplage optique sélectif d'une fibre incidente avec une fibre émergente sélectionnée parmi deux autres fibres ou plus, soit une cellule de commutation I x N. Un exemple particulier est illustré dans la communication de OCIWARA, YOKOYAMA ET OHMORI parue dans la revue Optical and Quantum Electronics 12 (1890) à la rubrique "Short Commutation". Pour réaliser un commutateur à P entrées et M sorties avec des cellules de commutation 1 x N (une entrée, N sorties) de ce type là, il faut constituer un commutateur I x M avec plusieurs étages 1 x N (si M > N), puis câbler optiquement entre eux les P commutateurs I x M d'entrée avec les M commutateurs I x P de sortie. Cette méthode parait très complexe et de plus présente deux inconvénients: - la cellule I x N proposée est déjà volumineuse puisque les fibres sont disposées sur une rosace. En réalisant plusieurs étages de ce type là, le volume ne peut que croître. - le déplacement mis en jeu par la fibre unique qui se trouve au centre de la rosace nécessite de laisser une séparation importante entre cette fibre centrale et les fibres périphériques, ce qui conduit à des pertes relativement élevées. Si de plus on réalise des câblages optiques complexes ces pertes augmentent. L'invention propose un commutateur peu encombrant ayant N entrées et M sorties. Ce commutateur permet d'effectuer un couplage sélectif entre l'une quelconque des N fibres d'entrée et l'une quelconque des M fibres de sortie sans éléments optiques intermédiaires. L'invention a donc pour objet un dispositif de commutation optique, principalement caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier réceptacle comportant un premier ensemble de M fenêtres rectilignes, horizontales, parallèles entre elles et régulièrement espacées sur l'une de ses faces; - M fibres optiques logées respectivement dans chaque fenêtre du premier ensemble; - des premiers moyens de commande, permettant de translater horizontalement chaque fibre dans sa fenêtre, de lune à l'autre de N positions différentes ; - un deuxième réceptacle comportant un deuxième ensemble de N fenêtres rectilignes, verticales, parallèles entre elles et régulièrement espacées sur l'une de ses faces; - N fibres optiques logées respectivement dans chaque fenêtre du deuxième ensemble;; - des moyens de commande, permettant de translater verticalement la fibre dans sa fenêtre de l'une à l'autre de M positions différentes, correspondant chacune à une position déterminée pour une fibre du premier réceptable de manière à ce que les extrémités de ces fibres ainsi positionnées, se trouvent alignées, permettant ainsi d'effectuer une commutation du signal transmis par l'une quelconque des fibres de l'un des deux réceptacles vers l'une quelconque des fibres de l'autre réceptacle. Les particularités et avantages de la présente invention apparaitront dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif, et à l'aide des figures annexées qui présentent: - figure 1, un exemple de réalisation d'un dispositif de commutation optique selon l'invention; - figure 2, une réalisation concrète et partielle de l'invention; - figure 3, un premier détail de réalisation; - figure 4, un deuxième détail de réalisation; La figure 1 illustre un exemple de dispositif de commutation selon l'invention. Le commutateur de l'invention, constituant dans l'exemple précis de la figure I une matrice de commutation à huit entrées, huit sorties soit une cellule de commutation 8 x 8, comporte deux parties distinctes, qui sont représentées ouvertes comme les pages d'un livre, mais qui sont placées l'une contre l'autre, comme un livre refermé, en fonctionnement. Une première partie est constituée d'un premier réceptacle 1, ayant par exemple une forme parallélépipèdique et portant les fibres optiques d'entrées El, EZ .. E8 amenées par un câble non représenté sur la figure. Une deuxième partie est constituée d'un deuxième réceptacle 2, ayant par exemple une forme parallèlèpipèdique et portant les fibres optiques de sorties S I, Su ... S8 amenées par un câble non représenté sur la figure. Les qualificatifs de fibres optiques d'entrée et de sortie se réfèrent bien entendu à l'application particulière qui est faite dans l'exemple de réalisation décrit ci-après. Ces qualificatifs sont relatifs au sens vers lequel circule l'information transportée par le signal lumineux transmis par les fibres, cette information pouvant circuler en sens inverse. Pour des raisons de commodité de compréhension on se réfèrera dans la description à un repère OXYZ mentionné sur la figure 1. Le premier réceptacle 1 comporte sur l'une de ses faces 3 un ensemble de fenêtres FE rectilignes, toutes de mêmes dimensions et toutes parallèles à l'axe X du repère de référence. Chaque fibre d'entrée est logée dans une de ces fenêtres. La largeur de ces fenêtres est légèrement supérieure au diamètre des fibres pour permettre un libre mouvement de - l'extrémité des fibres le long des fenêtres. Chaque fenêtre est munie d'encoches V1-V8 en forme de V, le nombre d'encoches pour le réceptacle l est égal au nombre de fibres qu'il y a dans le réceptacle 2. Les fibres de ce premier réceptacle I peuvent ainsi être soumises à des mouvements de translation horizontale le long des fenêtres à l'aide d'un mécanisme approprié permettant de les positionner suivant un ensemble de positions discrètes prédéterminées qui correspondent à la position des encoches V1-V8. Le mécanisme approprié est bien entendu logé dans le réceptacle 1. Le deuxième réceptacle 2 a une forme identique au premier. II comporte sur l'une de ses faces 4 un ensemble de fenêtres FS rectilignes, toutes de mêmes dimensions et toutes parallèles à l'axe Y du repère, I'axe Y étant perpendiculaire à l'axe X. Chaque fibre de sortie est logée dans une de ces fenêtres. La largeur de ces fenêtres est également légèrement supérieure au diamètre des fibres pour permettre un libre mouvement de leur extrémité le long des fenêtres. Chacune de ces fenêtres FS est également munie d'encoches Wl-W8 en forme de V, le nombre d'encoches est égal au nombre de fibres qu'il y a dans le réceptacle l. Les fibres de ce deuxième réceptacle 2 peuvent ainsi être soumises à des mouvements de translation verticale le long des fenêtres à l'aide d'un mécanisme approprié permettant de les positionner suivant un ensemble de positions discrètes prédéterminées correspondant à la position des encoches. Les deux réceptacles I et 2 sont solidaires l'un de l'autre, et les faces 3 et 4 munies de fenêtres se trouvent en vis-à-vis, ces fenêtres étant croisées entre elles. Sur la figure 1, le schéma a été éclaté pour mieux voir le positionnement des fibres d'entrées et de sorties les unes par rapport aux autres. Lorque le commutateur est au repos les fibres de chaque réceptacle sont alignées. Pour effectuer le couplage entre une fibre El du premier réceptacle et une fibre EJ du deuxième réceptacle on translate horizontalement la fibre El, d'une distance qui peut être variable puisqu'elle est fonction de la position antérieure de cette fibre, jusqu'à ce qu'elle se trouve face au rang J dans lequel se trouve la fibre EJ. La fibre EJ est alors translatée verticalement, d'une distance également variable qui est également fonction de sa position antérieure, jusqu ce qu'elle se trouve face au rang I de la fibre El. Lorsque les fibres se trouvent dans la position désirée, elles sont immobilisées dans les encoches durant toute la transmission du signal. Leurs extrémités sont séparées par un interstice d'une largeur minimum prédéterminée et ces extrémités sont placées suivant le mêrne axe de façon à obtenir une précision compatible avec les pertes optiques -tnlérécs suivant l'application. Pour réduire les contraintes de précision du positionnement les extrémités de chaque fibre peuvent être terminées par une lentille. En effet les lentilles ont dans ce cas pour effet de réduire la divergence du faisceau lumineux à la sortie des fibres; cette divergence étant provoquée par un paramètre intrinsèque aux fibres optiques qui est appelé classiquement ouverture numérique. Une réalisation concrète de l'invention est représentée partiellement sur la figure 2. Cette figure illustre donc une réalisation concrète des moyens de commande permettant de translater les fibres le long des fenêtres. Il est bien entendu que ces moyens sont les mêmes pour les fibres qui se trouvent dans le premier réceptacle et dans le deuxième. Dans le cas précis de cette réalisation, qui consiste à avoir une matrice de commutation 8 x 8, on dispose dans chaque réceptacle I et 2 d'un support comportant huit rails R1 - R8 permettant de guider le déplacement respectivement des huit fibres de chaque réceptacle. Sur cette figure 2 on n'a représenté de manière détaillée que les rails R 1 et R2, étant bien entendu qutils sont tous identiques entre eux. Ces rails sont parallèles à l'axe X ou à l'axe Y selon qu'ils se trouvent dans le réceptacle 1 ou dans le réceptacle 2. Ils sont constitués d'un matériau ferromagnétique. Ils sont tous solidaires d'un montant 5 non magnétique, par les extrémités qui sont toutes situées du même côté et référencées Rlb pour le premier rail. Des aimants A1-A7 sont placés aux extrémités opposées, Rla pour ce premier rail. Chaque aimant relie magnétiquement deux rails superposés. L'aimant Al relie les rails R1 et R2; le pôle sud S se trouve à l'extrémité de R1 tandis que le pôle nord N se trouve à l'extrémité du rail R2. L'aimant A2 relie magnétiquement le rail R2 et le rail R3. Le pôle nord de cet aimant A2 est placé à l'extrémité du rail R2, à une distance déterminée du pôle nord de l'aimant Al pour éviter une répulsion des deux aimants. Le pôle sud de l'aimant A2 est placé à l'extrémité du rail R3. L'aimant A3 relie magnétiquement les rails R3 et R4 (non représentés). Le pôle sud de cet aimant A3 est placé à l'extrémité du rail R3, à une distance déterminée du pôle sud de l'aimant A2 pour éviter la répulsion. Le pôle nord de l'aimant A3 est placé à l'extrémité du rail R4, etc... Des petits chariots Cl-C8 prévus pour être translatés le long des rails sont emmanchés sur les rails. Ils comportent une carcasse pouvant coulisser sur les rails et dont les extrémités 6 et 7 épousent la forme du rail. La carcasse de chaque chariot comprend une bobine 8 qui entoure le rail sans qu'il y ait de contact avec ce dernier. Chaque fibre optique est placée sur l'un de ces chariot Cl-C8. Par exemple, la fibre optique El qui est logée à l'intérieur d'un guide C1, est placée sur le chariot C1 perpendiculairement au rail R1, et son extrémité déborde du chariot de manière à se trouver dans la fenêtre correspondante. Toutes les fibres sont placées de la même manière sur leur chariot. Pour translater les chariots on excite indépendamment l'enroule- ment de chaque chariot. Le courant I qui passe dans l'enroulement est perpendiculaire au champ magnétique B créé par les aimants, et ce champ se referme en traversant l'espace vide (I'air) qu'il y a entre deux rails superposés. D'après la loi de Laplace une force électromagnétique F est créée et permet de déplacer le chariot dans un sens ou dans l'autre le long du rail, suivant le sens du courant. Pour le rail Rl, le champ ig est parallèle à l'axe Y et de même sens, le courant est parallèle à l'axe de référence Z - et de même sens (par exemple), la force f est parallèle à l'axe X et opposée au vecteur OX. Pour le rail 5 le champ ss est parallèle à l'axe Y, de même sens audessus du rail, et de sens opposé en dessous du rail; le courant est parallèle à l'axe de référence Z et de même sens (par exemple), les forces qui s'exercent en dessus et en dessous du rail sont de même sens, parallèles à l'axe X et ont la même direction que le vecteur OX. La disposition particulière des pôles des aimants décrite au début a été choisie pour que quel que soit le sens du courant les chariots ne soient pas soumis à des forces qui s'opposent, cé qui provoquerait une immmobilisation du chariot. Le détail représenté sur la figure 3 permet de mieux illustrer I'orientation des vecteurs champ 1N, courant I et force F qui s'exercent sur le chariot C2 vu en coupe. La figure 4 représente une vue de côté d'un chariot, le chariot C2 par exemple, le rail étant représenté en coupe. Cette figure permet de mieux illustrer le positionnement des fibres sur les chariots, par exemple le positionnement de la fibre E2 qui est placée sur le chariot C2. La fibre considérée E2 est logée dans son guide G2 qui est solidaire du chariot, par collage par exemple. Le guide G2 est constitué par un tube creux dans lequel est scellée la fibre E2. L'extrémité de ce guide est maintenue soulevée par l'intermédiaire d'une lame flexible 10 solidaire également du chariot. L'extrémité du guide G2 est entourée d'une bague 11. Cette bague est solidaire d'un noyau magnétique 12 qui plonge dans un bobinage 13 qui est en série avec l'enroulement 9 du chariot. Lorsque l'enroulement 9 est excité, l'enroulement 13 est également excité, il se crée une force électromagnétique qui tend à attirer le noyau 12 à l'intérieur du bobinage 13, ce qui tend à tirer le guide G2 vers le bas. Le guide G2 appuie alors sur la lame flexible 10 dont la constante d'élasticité a été choisie de façon à avoir une force de rappel inférieure à la force électromagnétique créée par l'électro-aimant 12-13. L'extrémité de la fibre est donc translatée dans la fenêtre correspondante jusqu'à ce qu'elle se trouve dans la position désirée. L'enroulement 9 cesse alors d'être excité. Comme l'enroulement 13 est en série avec cet enroulement, il cesse également d'être excité et aussitôt la lame flexible 10 se détend pour reprendre sa position de repos. L'extrémité de la fibre est alors soulevée et va se loger dans l'encoche correspondant à la position désirée. Le positionnement du chariot C2 sur le rail R2 est facilité au moyen d'un fil en caoutchouc 14 qui adhère à la surface intérieure de chaque extrémité 6 et 7 du chariot. Ce fil est retenu au moyen de quatre ergots 14a. Sur la figure 5 on a représenté le détail d'une réalisation particulière permettant de repérer la position de la fibre sur le rail. On a disposé sur une face 20 de chaque rail un ensemble de plaquettes réfléchissantes 9 (des petits miroirs par exemple) dont les positions sont bien déterminées et correspondent à chaque position d'immobilisation que peut avoir la fibre sur le rail. Pour repérer cette position on dispose de deux diodes 15 et 16 reliées électriquement à un circuit de commande et d'alimentation 17. Les diodes sont placées sur une plaque isolante 18 collée sous le bobinage 9 et elles sont séparées par une lame 19. Lorsque le chariot est déplacé les diodes sont alimentées. La diode 15 est une diode électroluminescente, I'éclairage qu'elle émet se réfléchit sur les plaquettes réfléchissantes 9 chaque fois qu'elle en rencontre une. Ces plaquettes 9 renvoient une partie du rayonnement lumineux vers la diode 16 qui le capte et se met à conduire. Cette diode conduit et envoie donc un signal au circuit de commande chaque fois qu'elle reçoit un rayonnement lumineux. Le circuit de commande 17 compte le nombre de plaquettes lors du déplacement de la fibre et connait ainsi la position exacte de la fibre. Connaissant la position exacte de la fibre après chaque immobilisation, le circuit de commande 17 est apte à érnettre un signal sur l'ordre d'un commande extérieure CE, pour déplacer le chariot afin que la fibre se trouve dans la position désirée. Ce dispositif de commutation permet donc d'obtenir un positionnement précis des fibres à coupler en faisant coulisser les .:chariots portant ces fibres le long de leur rail ; I'un de ces chariots couiissant suivant l'axe X, I'autre coulissant suivant l'axe Y jusqu'à coque les fibres porters se trouvent en vis-à-vis. Pour améliorer la précision du positionnement les extrémités des fibres sont logées dans une encoche pendant toute la durée de la transmission du signal. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation optique, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier réceptacle (1) comportant un premier ensemble de M fenêtres rectilignes (FE) horizontales, parallèles entre elles et régulièrement espacées sur l'une de ses faces (3); - M fibres optiques logées respectivement dans chaque fenêtre; - des premiers moyens de commande, permettant de translater horizontalement chaque fibre dans sa fenêtre, de l'une à l'autre de N positions différentes - un deuxième réceptacle (2) comportant un deuxième ensemble de N fenêtres rectilignes (FS) verticales, parallèles entre elles et régulièrement espacées sur l'unie de ses faces (4); - N fibres optiques logées respectivement dâns chaque fenêtre du deuxième ensemble;; - des deuxièmes moyens de commande (R1, Al, C1, 17) permettant de translater verticalement chaque fibre dans sa fenêtre de l'une à l'autre de M positions différentes correspondant chacune à une position déterminée pour une fibre du premier réceptacle de manière à ce que les extrémités de ces fibres ainsi positionnées se trouvent alignées, permettant ainsi d'effectuer une commutation du signal transmis par l'une quelconque des fibres de l'un des deux réceptacles vers l'une quelconque des fibres de l'autre réceptacle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fenêtres (FE, FS) comportent un ensemble d'encoches (V1-V8, W1-W8) en forme de "V", le nombre d'encoches dans chaque fenêtre du premier réceptacle (1) étant égal au nombre de fibres du deuxième réceptacle (2) et le nombre d'encoches dans chaque fenêtre du deuxième réceptacle (2) étant égal au nombre du fibres du premier réceptacle (L). 3~ Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun des moyens de commande comprend: - un ensemble de M rails (R1-R8) parallèles aux fenêtres de chaque réceptacle, associés respectivement à chaque fenêtre et comportant une première et une deuxième extrémités (Rla, Rlb), - un ensemble d'aimants (A1-A7) placés aux deuxièmes extrémités (Rla) des rails, chacun (Al) reliant magnétiquement deux rails superposés (RI, R2), et les pôles adjacents de deux aimants successifs étant de même signe;; - un ensemble de M chariots (C1-C8) comportant une bobine magnétique (8), coulissant respectivement sur les rails et portant une fibre optique, cette fibre étant fixée sur la bobine de manière à ce que son extrémité se trouve dans une fenêtre du réceptacle considéré; - un circuit de commande (17) pour alimenter séparément chaque bobine et commander le déplacement de chaque chariot (C1-C8). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque fibre (E2) optique est logé dans un guide (G2) fixé au chariot, I'extrémité libre des fibres débordant du guide. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque fibre (E2) est placée sur une lame flexible (10), cette lame (10) ayant une première et une deuxième positions stables, qui permettent respectivement d'abaisser ou de soulever la fibre considérée pour la placer dans l'une des encoches de la fenêtre. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un électro-aimant (12-13) permettant d'obtenir la première position stable lorsqu'il est excité, et la deuxième position stable lorsqu'il cesse d'être excité. 7. Dispositif selon la revendications 6, caractérisé en ce que chaque électro-aimant (12-13) comprend: - un noyau (12) terminé par une bague (11) qui entoure l'extrémité du guide (G2) portant la fibre (E2) ; - une bobine (13) en série avec la bobine (8) du chariot (C2) correspondant. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque rail (R1-R8) comporte sur l'une des ses faces (10) un ensemble de plaquettes réfléchissantes (9) alignées, régulièrement espacées de manière à ce que lorsque la fibre (E2) passe au-dessus de chaque plaquette, son extrémité se trouve exactement sous une encoche. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que une première diode (15) électroluminescente, alimentée par le circuit de commande et d'alimentation (17) émet un rayonnement qui se réfléchit sur chaque plaquette (9) lorsque la fibre considérée (E2) passe au-dessus des plaquettes (9), ce rayonnement étant capté par une deuxième diode (16) qui envoie un signal au circuit de commande et d'alimentation (17) lui permettant de connaître la position exacte de la fibre considérée (E2). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premières et deuxièmes diodes (15, 16) sont solidaires de la bobine magnétique (8) de chaque chariot (C 1-C8) par l'intermédiaire d'une première plaque isolante (18) collée sous cette bobine (8), ces diodes se trouvant ainsi au-dessus des faces (20) comportant les plaquettes réfléchissantes (9) et étant séparées Pune de l'autre par une deuxième plaque (19).