Brevet FR2726093A1 — publié le 19960426

I " Commutateur optique et champ optique de couplage asso- cié". Etat de la technique: L'invention concerne un commutateur optique avec au moins un guide d'ondes d'entrée auquel est amené un si- gnal optique d'entrée ayant une longueur d'onde de lumière de signalisation prédéfinie et avec au moins deux guides d'ondes de sortie sur chacun desquels on peut capter un si- gnal optique de sortie, commutateur optique L'invention concerne également un champ optique de couplage associé. On connaît des commutateurs optiques numériques (DOS) qui servent à commuter un signal d'entrée appliqué à un guide d'ondes d'entrée d'interrupteur optique numérique sur l'une des deux sorties du commutateur optique numéri- que. Pour cela l'interrupteur optique numérique présente un élément thermique actif au moyen duquel on utilise l'effet thermo-optique d'un guide d'ondes en polymère pour faire varier le comportement du guide d'ondes à l'intérieur du commutateur. Pour compenser les pertes optiques, en parti- culier lors du couplage et lors du découplage des signaux optiques, on a utilisé jusqu'ici des amplificateurs opti- ques de fibres. Avantages de l'invention: A cet effet, l'invention concerne un commutateur caractérisé en ce que le signal optique d'entrée est amené au guide d'ondes d'entrée en même temps qu'une lumière de pompage ayant une longueur d'ondes de lumière de pompe pré- définie, et en ce qu'au moins les guides d'ondes de sortie et/ou les guides d'ondes de guidage montés en aval des gui- des d'ondes de sortie, sont dopés par un agent de dopage qui présente une absorption pour la longueur d'onde de lu- mière de pompage et une émission stimulée pour la longueur d'onde de lumière de signaux. L'interrupteur optique selon l'invention a, par rapport à l'état de la technique, l'avantage que grâce au dopage des guides d'ondes de sortie et/ou de guides d'ondes montés en aval de ceux-ci, on peut obtenir une amplifica- tion des signaux peu encombrante et économique pour compen- ser les pertes optiques dans l'interrupteur optique. En outre le comportement en diaphonie s'améliore car l'extinc- tion du guide d'ondes de sortie qui ne conduit pas le si- gnal optique d'entrée augmente. L'invention concerne également un champ optique de couplage avec au moins deux commutateurs optiques carac- térisé en ce qu'il est prévu au moins un combinateur de si- gnaux, en particulier un combinateur en Y dont les entrées de l'un des signaux de sortie sont amenées respectivement au commutateur optique. Il est particulièrement avantageux de prévoir un élément de couplage sélectif quant aux longueurs d'ondes, au moyen duquel la lumière de pompage peut être accouplée au signal optique d'entrée, car de cette façon la lumière de pompage peut arriver d'une manière particulièrement sim- ple dans l'interrupteur optique. La disposition d'un élément de couplage sélectif quant aux longueurs d'ondes, situé du côté de la sortie, pour découpler la lumière de pompage, sert d'une manière avantageuse à améliorer la qualité des signaux car la frac- tion gênante de la lumière de pompage, en arrière de l'au- tre élément de couplage sélectif quant aux longueurs d'on- des, n'existe presque plus. Le couplage d'une lumière de pompage en arrière au moyen de l'autre élément de couplage sélectif quant aux longueurs d'ondes, est particulièrement avantageux car, en particulier dans le cas de guides d'ondes de sortie ou de guides d'ondes de guidage plus longs, on peut compenser l'affaiblissement optique par cette lumière de pompage ad- ditionnelle. L'agencement d'un morceau de guide d'ondes muni d'un réflecteur optique constitue une mesure avantageuse car le réflecteur optique représente un composant particu- lièrement économique qui sert en même temps à découpler la lumière de pompage et à recoupler la fraction réfléchie de la lumière de pompage découplée sous forme de lumière de pompage en arrière. Si l'on monte un filtre optique en aval de l'un des guides d'ondes de sortie, filtre qui soit non transpa- rent à la lumière produite par une émission spontanée am- plifiée, on obtient l'avantage que le signal que l'on peut capter derrière le filtre optique est presque exempt d'une telle lumière amoindrissant le taux de bruit du signal. Il est avantageux de monter un isolateur optique en avant du filtre optique dans la mesure o sont réduites des réflexions comme celles causées par le filtre en direc- tion des guides d'ondes dopés, grâce à quoi la stabilité que l'on peut obtenir lors de l'amplification au moyen du dopage et de la lumière de pompage, demeure assurée. L'intégration sur un substrat d'au moins la par- tie du commutateur optique comportant le guide d'ondes d'entrée et les deux guides d'ondes de sortie se révèle particulièrement avantageuse car on obtient ainsi une dis- position particulièrement peu encombrante du commutateur optique. La constitution d'au moins un guide d'ondes de guidage sous la forme d'un canal de guide d'ondes rempli d'une matière adhésive polymère est avantageuse dans la me- sure o la matière adhésive polymère peut servir en même temps aussi à la fixation mécanique d'un couvercle de pro- tection pour l'interrupteur optique intégré. Si l'on forme un champ de couplage optique avec au moins l'interrupteur optique selon l'invention et au moins un combinateur de signaux, on obtient alors un inter- rupteur optique qui se caractérise par une amplification élevée même pour la zone des champs optiques de couplage dans le cas desquels une amplification du signal optique est particulièrement importante. Comme l'interrupteur opti- que est réalisé de façon à pouvoir être intégré, on peut complètement intégrer de cette façon un champ optique de couplage y compris l'amplification du signal. L'agencement de deux guides d'ondes de guidage en un point de croisement sous un angle qui minimise la dia- phonie réduit d'une manière avantageuse le mélange des si- gnaux qui se croisent. Dessin: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur la figure unique annexée qui montre une re- présentation schématique d'un champ de couplage optique. Description de l'exemple de réalisation: A la figure, on a amené un guide de lumière d'en- trée 31 en même temps qu'une fibre optique de couplage 33, à un élément de couplage sélectif quant aux longueurs d'on- des 13. Une source de lumière de pompage 10 conduit la lu- mière de pompage Pl à un diviseur de signaux 11, qui présente deux sorties. La fibre optique de couplage 33 est raccordée à une sortie du diviseur de signaux 11. La se- conde sortie du diviseur de signaux 11, par l'intermédiaire d'une autre fibre optique de couplage 32, conduit également de la lumière de pompage Pl à un autre élément de couplage, sélectif quant aux longueurs d'ondes 12, auquel est amené en plus un autre guide de lumière d'entrée 30. A la sortie de l'élément de couplage, sélectif quant aux longueurs d'ondes, 13 on a disposé un morceau de fibre optique 35. De même, à la sortie de l'autre élément de couplage, sélectif quant aux longueurs d'ondes, 12 on a raccordé un autre mor- ceau de fibre optique 34. Un substrat 50 présente, sous une forme intégrée, un commutateur optique numérique 15 ainsi qu'un autre com- mutateur optique numérique 14. Le commutateur optique numé- rique 15 présente un guide d'ondes d'entrée 55 qui se transforme en deux guides d'ondes de sortie 51, 53. De même l'autre commutateur optique numérique 14 présente un autre guide d'ondes d'entrée 56 qui se transforme en deux autres guides d'ondes de sortie 52, 54. Les dispositifs de chauf- fage des deux commutateurs optiques numériques 14, 15 ont été indiqués de façon seulement schématique. En outre le substrat 50 présente deux combinateurs de signaux 16, 17, qui possèdent chacun deux entrées et une sortie. Une en- trée de chacun des deux combinateurs de signaux 16, 17 est reliée chaque fois, par l'intermédiaire d'un guide d'ondes de guidage 39, 41, à l'un des guides d'ondes de sortie 51, 53 du commutateur optique numérique. Egalement chacun des deux combinateurs de signaux 16, 17 est relié à l'un des autres guides d'ondes de sortie 54, 52 de l'autre commuta- teur optique numérique 14 par l'intermédiaire d'autres gui- des d'ondes de guidage 38, 40. A l'endroit d'un croisement 18 deux des guides d'ondes de guidage 38, 39, 40, 41 se croisent. L'endroit du croisement 18 est dans ce cas con- formé de telle façon que les deux guides d'ondes de guidage , 41, qui se croisent, se rejoignent sous un angle qui maintienne minimale la diaphonie. Le guide d'ondes d'entrée 55 du commutateur opti- que numérique 15 est relié au morceau de fibre optique 35 par l'intermédiaire d'un morceau de guide d'ondes d'entrée 37. De même l'autre morceau de fibre optique 34 est relié par l'intermédiaire d'un autre morceau de guide d'ondes d'entrée 36 à l'autre guide d'ondes d'entrée 56 de l'autre commutateur optique numérique 14. A la sortie du combina- teur de signaux 16, on a disposé un morceau de guide d'on- des de sortie 42 qui est relié à un morceau de fibre optique 44. En outre, la sortie de l'autre combinateur de signaux 17 est reliée par l'intermédiaire d'un autre mor- ceau de guide d'ondes de sortie 43 à un autre morceau de fibre optique 45. L'autre morceau de fibre optique 45 mène à un élément de couplage 19, sélectif quant aux longueurs d'ondes, situé du côté de la sortie. Du côté de la sortie, on a disposé dans le cas de l'élément de couplage 19, sé- lectif quant aux longueurs d'ondes, situé du côté de la sortie, une fibre optique de découplage 57 à l'extrémité de laquelle on a mis une autre source de lumière de pompage 22. Le morceau de fibre optique 44 est relié par l'intermé- diaire d'un autre élément de couplage 20, sélectif quant aux longueurs d'ondes, situé du côté de la sortie. L'autre élément de couplage, situé du côté de la sortie, sélectif quant aux longueurs d'ondes, 20 présente sur son côté tour- né à l'opposé du substrat 50 un morceau de guide d'ondes 58, qui présente à son extrémité un réflecteur optique 21. En outre, on a raccordé à la sortie de l'autre élément de couplage 20, situé du côté de la sortie, sélec- tif quant aux longueurs d'ondes, un guide de lumière de sortie 46 dans lequel on a inséré un filtre optique 23 avec un isolateur optique 48 placé en amont. Derrière le filtre optique 23 se trouve, de façon à pouvoir être découplé du guide de lumière de sortie 46, un signal lumineux de sortie A2. De même, on a monté derrière l'élément de couplage 19, situé du côté de la sortie, sélectif quant aux longueurs d'ondes, un autre guide de lumière de sortie 47 dans lequel on a inséré un autre filtre optique 24 avec un autre isola- teur optique 49 monté en amont. A partir de l'autre guide de lumière de sortie 47, on peut tirer derrière l'autre filtre optique 24 un autre signal lumineux de sortie A1. Dans le guide de lumière d'entrée 31, on a couplé un signal optique d'entrée S1. Dans l'autre guide de lumière d'entrée , on a couplé un autre signal d'entrée optique S2. Le signal optique d'entrée S1 est mélangé au moyen de l'élément de couplage 13, sélectif quant aux lon- gueurs d'ondes, avec la lumière de pompage P1. Le morceau de fibre optique 35 conduit ainsi aussi bien le signal op- tique d'entrée S1 que la lumière de pompage P1. Cette lu- mière arrive par l'intermédiaire du morceau de guide d'ondes d'entrée 37 au commutateur optique numérique 15 o elle est conduite dans l'un des deux guides d'ondes de sor- tie 51, 53. Selon le réglage thermique du commutateur opti- que numérique 15 le mélange du signal d'entrée optique S1 et de la lumière de pompage P1 se trouve soit sur l'un des guides d'ondes de sortie 51, soit sur l'autre guide d'ondes de sortie 53. Au moyen de l'un des guides d'ondes de gui- dage 39, 41, on amène cette lumière aux combinateurs de si- gnaux 16, 17. D'une façon analogue au signal optique d'entrée S1, on provoque dans l'autre élément de couplage 12, sélectif quant aux longueurs d'ondes, un couplage des deux fractions de lumière de l'autre signal d'entrée S2 et de la lumière de pompage P1. La lumière arrive, par l'in- termédiaire de l'autre morceau de fibre optique 34 et de l'autre morceau de guide d'ondes d'entrée 36, à l'autre commutateur optique numérique 14 o a lieu aussi à son tour, en fonction de la position du commutateur, une affec- tation de la lumière à l'un ou l'autre des deux autres gui- des d'ondes de sortie 52, 54. Par l'intermédiaire des autres guides d'ondes de guidage 40, 38 a lieu aussi ici un couplage des autres gui- des d'ondes de sortie 52, 54 aux combinateurs de signaux 16, 17. Au point de croisement 18, les deux guides d'ondes de guidage 40, 41 se rejoignent sous un grand angle (obtus), grâce à quoi on réduit au minimum la diaphonie. Grâce à l'agencement se composant des commuta- teurs optiques numériques 14, 15 et des combinateurs de si- gnaux 16, 17, il est possible, par une commutation adéquate des commutateurs optiques numériques 14, 15, de basculer les signaux optiques d'entrée S1, S2 sur la combinaison que l'on veut des morceaux de guides d'ondes de sortie 42, 43. Via les morceaux de fibre optique 44, 45 la lumière fusion- née dans les combinateurs de signaux 16, 17 arrive aux élé- ments de couplage 19, 20 situés du côté de la sortie, sélectifs quant aux longueurs d'ondes. A cet endroit la lu- mière de pompage P1 est à nouveau découplée. De plus, on couple dans le morceau de fibre optique 45, par l'intermé- diaire de l'autre source de lumière de pompage 22, de la lumière de pompage en arrière P3 exactement opposée au tra- jet de la lumière de pompage P1, par l'intermédiaire de l'élément de couplage 19, sélectif quant aux longueurs d'ondes. A partir de là, la lumière de pompage en arrière P3 se propage, au moyen des autres combinateurs de signaux 17, dans les guides d'ondes de guidage 40, 39. La lumière de pompage Pl, qui a été découplée du morceau de fibre op- tique 44, est réfléchie par le réflecteur optique 21 placé à l'extrémité du morceau de guide d'ondes 58, et cette lu- mière de pompage P1 est à nouveau couplée sur le trajet op- posé au morceau de fibre optique 44. La lumière libérée de la lumière de pompage Pl, qui se trouve derrière les élé- ments de couplage 19, 20 situés du côté sortie, sélectifs quant aux longueurs d'ondes, arrive aux filtres optiques 23, 24 par l'intermédiaire des guides de lumière de sortie 46, 47 au moyen des isolateurs optiques 48, 49. Par le dopage des morceaux de guides d'ondes d'entrée 36, 37, des guides d'ondes d'entrée 55, 56, des guides d'ondes de sortie 51, 52, 53, 54, des guides d'ondes de guidage 39, 40, 41, 38, des combinateurs de signaux 16, 17 et des morceaux de guides d'ondes de sortie 42, 43, on provoque une amplification optique de la lumière des si- gnaux optiques d'entrée Si, S2. L'agent de dopage absorbe dans ce cas la puissance optique dans le cas de la longueur d'onde p de la lumière de pompage, et amplifie par ailleurs dans ce cas la puissance des signaux dans le cas de la longueur d'ondes des signaux lumineux XS. Grâce au fait que la lumière des signaux optiques d'entrée S1, S2 est commutée en même temps de la lumière de pompage P1, au moyen des commutateurs optiques numériques 14, 15, il ne se produit une amplification qu'à l'endroit seulement o est amenée la lumière des signaux. Inversement, le dopage dans les guides d'ondes de guidage 39, 40, 41, 38 dans lesquels la lumière des signaux n'est pas amenée, ne produit pas d'amplification car il n'y a pas non plus de lumière de pompage P1. Le dopage provoque même dans ce cas un affai- blissement supplémentaire par absorption d'une fraction de la lumière de signaux résiduelle qui existe. De cette fa- çon, on améliore les problèmes de diaphonie pour les si- gnaux lumineux de sortie A1, A2. On obtient une amplification additionnelle grâce à la lumière de pompage en arrière P3 ou à la lumière de pompage réfléchie Pl, amplification qui, en particulier dans le cas de grands champs de couplage, doit agir à l'en- contre de l'affaiblissement des signaux optiques d'entrée Sl, S2 lors de grands trajets optiques. Comme dans l'ensem- ble des guides d'ondes dopés a lieu aussi une émission spontanée de lumière, qui est amplifiée par l'agent de do- page (Emission spontanée amplifiée ASE), les filtres opti- ques 23, 24 servent au filtrage de cette fraction de lumière qui dérange la lumière des signaux. Pour réduire les réflexions des filtres optiques 23, 24 en direction du champ de couplage, on utilise les isolateurs optiques 48, 49. Derrière les filtres optiques 23, 24, on peut finale- ment capter les signaux lumineux de sortie A1, A2 qui sont guidés plus loin ou exploités. On peut utiliser des coupleurs hybrides comme éléments de couplage 12, 13, 19, 20 et, comme combinateurs de signaux, on peut insérer des connecteurs en Y. Comme agent de dopage sont appropriés, en fonction de la longueur d'ondes XS de la lumière des signaux, des terres rares tel- les que par exemple l'erbium ou le praséodyme, mais aussi des matières colorantes organiques. Les commutateurs opti- ques numériques 14, 15 peuvent être équipés soit d'un dis- positif de chauffage soit, pour avoir une commutation plus rapide, de deux dispositifs de chauffage (éléments thermi- ques actifs). Comme matière pour les guides d'ondes de gui- dage 38, 39, 40, 41 sont appropriés aussi bien les polymères que les ormocers. On peut aussi faire fonctionner les commutateurs optiques numériques 14, 15 comme des com- mutateurs optiques analogiques, ou les remplacer par ces derniers. Il est en outre prévu que l'on peut intégrer sur le substrat 50 aussi bien les éléments de couplage sélec- tifs quant aux longueurs d'ondes 12, 13, 19, 20, que les isolateurs optiques 48, 49 et aussi les filtres optiques 23, 24. De cette façon, il est possible d'avoir une forme de réalisation particulièrement peu encombrante pour un champ optique de couplage. Il est en outre prévu d'augmen- ter davantage l'intégration sur le substrat en intégrant les sources de lumière de pompage 10, 22 ou même l'ensemble de l'agencement représenté à la figure, et en ne couplant au substrat 50 uniquement que les guides de lumière d'en- trée 30, 31 et les guides de lumière de sortie 46, 47, qui guident au delà et se trouvent derrière les filtres opti- ques 23, 24. En dehors de l'utilisation dans le cas d'un com- mutateur optique numérique 14, 15, il est également prévu de doper un interféromètre de Mach-Zehnder d'une manière il analogue avec un agent de dopage, et de l'alimenter en lu- mière de pompage P1, de telle sorte qu'ait lieu aussi de- dans une amplification de la lumière des signaux. A la place du combinateur de signaux 16, 17, on peut aussi utiliser d'autres commutateurs optiques numéri- ques, de façon à pouvoir réaliser d'autres liaisons d'in- tercommunications. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Commutateur optique avec au moins un guide d'ondes d'entrée (55, 56) auquel est amené un signal opti- que d'entrée (S1, S2) ayant une longueur d'onde de lumière de signalisation prédéfinie (XS) et avec au moins deux gui- des d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54) sur chacun desquels on peut capter un signal optique de sortie, commutateur op- tique caractérisé en ce que le signal optique d'entrée (S1, S2) est amené au guide d'ondes d'entrée (55, 56) en même temps qu'une lumière de pompage (P1) ayant une longueur d'ondes de lumière de pompe prédéfinie (Xp), et en ce qu'au moins les guides d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54) et/ou les guides d'ondes de guidage (38, 39, 40, 41) montés en aval des guides d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54), sont dopés par un agent de dopage qui présente une absorption pour la longueur d'onde de lumière de pompage (Xp) et une émission stimulée pour la longueur d'onde de lumière de si- gnaux (XS). 2 ) Commutateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un élément de couplage, sélectif quant aux longueurs d'ondes (12, 13), élément qui est monté en avant du guide d'ondes d'entrée (55, 56), et au moyen duquel on peut coupler la lumière de pompage (Pl) sur le signal optique d'entrée (SI, S2). 3 ) Commutateur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on monte au moins un élément de couplage (19, 20), situé du côté sortie, sélectif quant aux longueurs d'ondes, après l'un des guides d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54), élément de couplage (19, 20) qui découple à nouveau la lumière de pompage (P1). 4 ) Commutateur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre élément de couplage (19, 20), sélectif quant aux longueurs d'ondes, sert de la même façon au couplage de la lumière de pompage en arrière (P3) en di- rection du guide d'ondes d'entrée (55, 56). ) Commutateur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre élément de couplage (19, 20), sélectif quant aux longueurs d'ondes, présente un morceau de guide d'ondes (58) sur lequel est disposé un réflecteur optique (21) qui sert à réfléchir la lumière de pompage (Pl). 6 ) Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un filtre optique est monté en aval de l'un des guides d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54), filtre optique (23, 24) qui n'est pas transparent à la lumière provenant d'une émission spontanée amplifiée. 7 ) Commutateur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on monte en amont du filtre optique (23, 24), un isolateur optique (48, 49) qui réduit des ré- flexions dues au filtre en direction du guide d'ondes d'en- trée (55, 56). 8 ) Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins la partie du commutateur optique (14, 15), avec le guide d'on- des d'entrée (55, 56) et les deux guides d'ondes de sortie (51, 52, 53, 54) est intégrée sur un substrat (50), en par- ticulier un substrat polymère ou un substrat ormocer. 9 ) Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'un des guides d'ondes de guidage (38, 39, 40, 41) con- siste en un canal guide d'ondes liquide, rempli d'une ma- tière adhésive polymère durcissable. ) Champ optique de couplage avec au moins deux commutateurs optiques selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un combinateur de signaux, en particulier un combinateur en Y (16, 17) dont les entrées de l'un des signaux de sortie sont amenées respectivement au commutateur optique (14, 15). 11 ) Champ optique de couplage selon la revendi- cation 10, caractérisé en ce que pour les croisements entre deux des guides d'ondes de guidage (38, 39, 40, 41), les guides d'ondes de guidage (38, 39, 40, 41) sont disposés, à l'endroit du croisement (18), sous un angle presque perpen- diculaire l'un par rapport à l'autre.