Brevet FR2723644A1 — publié le 19960216

RESEAU D'INTERCONNEXION OPTIQUE La présente invention a pour objet un dispositif d'inter- connexion optique de type bus numérique, destiné à relier plusieurs cartes de circuit électronique montées parallèle- ment les unes aux autres. L'invention trouve une application particulièrement importante dans l'interconnexion, par trajets optiques qu'on peut qualifier de libres (en ce sens que la lumière n'est pas guidée par des fibres) des cartes électroniques disposées dans un coffret, pour constituer un bus optique. On connaît déjà des réseaux d'interconnexion optique utilisant, sur chaque carte, des sources lumineuses fournis- sant chacune un signal de sortie représentatif des données à transférer vers les autres cartes et des récepteurs photoé- lectriques. Les systèmes connus ont des inconvénients graves. Certains ne sont pas bidirectionnels, ce qui impose que tous les récepteurs soient du même côté par rapport aux émetteurs. Beaucoup utilisent des réflexions multiples entre chaque émetteur et les différents récepteurs qui lui sont associés, ce qui se traduit par des temps de trajet longs et donc un retard dans la transmission de l'information vers les différents récepteurs. D'autres encore utilisent des miroirs éloignés de l'émetteur, ce qui nécessite de disposer d'un grand volume pour la propagation de la lumière. La présente invention vise notamment à fournir un réseau d'interconnexion répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est réalisable dans un volume faible, peut être rendu bidirectionnel sans difficulté et permet, si nécessaire, de répartir la puissance optique de chaque émetteur suivant une répartition déterminée quelconque. Dans ce but l'invention propose notamment un réseau d'interconnexion optique de type bus numérique entre n cartes de circuit imprimé montées parallèlement les unes aux autres, ledit réseau comprenant pour chaque chiffre binaire des mots à transmettre, - une voie optique parallèle aux autres voies et consti- tuée de n chemins parallèles adjacents et, - sur chaque carte, un émetteur de lumière cohérente vers un chemin respectif et un récepteur photoélectrique, - chaque chemin optique comportant, en face de l'émetteur d'une carte, un distributeur de flux provenant de l'émetteur respectif et, en face de chaque récepteur des autres cartes, un répartiteur, constitué par un hologramme numérique, de transmission d'une fraction du faisceau et de focalisation d'une autre fraction sur le récepteur respectif. Les hologrammes ont plusieurs fonctions. Ils permettent d'ajuster à volonté le rapport entre la puissance lumineuse transmise et la puissance réfléchie. Ils permettent de focaliser le faisceau réfléchi vers le récepteur photélectri- que, généralement une photodiode. Si nécessaire, ils permet- tent de recollimater le faisceau transmis. Comme on le verra plus loin, le réseau d'interconnexion peut avoir une épaisseur très faible, de l'ordre du centimè- tre; on peut assurer la continuité des trajets lumineux en remplissant les intervalles entre la face terminale des cartes, les répartiteurs et les distributeurs par une colle transparente ayant un indice approprié. Dans un mode avantageux de réalisation, chaque distribu- teur est constitué par un microprisme isocèle rectangle. Le rapport entre les puissances transmises dans des sens opposés, dans la direction commune du chemin optique, est fixé par la position de l'arête du microprisme. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe, en perspective, montrant des trajets d'interconnexion optique entre cartes électroniques réalisables au moyen de l'invention; - la figure 2 est un schéma en perspective montrant le principe mis en oeuvre par l'invention, sur deux chemins optiques particuliers; - la figure 3 est une vue de dessus simplifiée de l'interconnexion réalisée par mise en oeuvre de l'invention, entre des cartes présentant la disposition relative montrée en figure 1; - la figure 4 est une vue de détail à grande échelle, montrant un distributeur et un répartiteur sur un seul des chemins optiques. La figure 1 montre schématiquement des cartes électroni- ques 101, 102,... 10n occupant une disposition relative classique, en ratelier, dans un coffret. Les liaisons optiques entre les cartes sont réalisées par un composant d'interconnexion 12. Ce composant doit constituer m voies ou canaux affectés chacun à un chiffre binaire ou bit des mots à transmettre entre les cartes. Pour que chaque carte 101, 20..., 10, puisse émettre vers toutes les autres cartes et recevoir à partir de n'importe quelle autre carte, chaque carte comporte un ensemble émetteur-récepteur 14 par voie ou canal, donc m ensembles émetteur-récepteur 141,..., 14. Dans le cas d'un réseau d'interconnexion optique conforme au mode de réalisation montré en figures 2 à 4, chaque émetteur-récepteur comprend une diode laser 16 et un récep- teur photoélectrique, généralement constitué par une photo- diode adaptée 18. Les figures 2 et 3 montrent notamment des diodes laser 16,,....1 161 1,..., 16 n correspondant aux n chemins optiques affectés chacun à la transmission depuis une carte particulière d'ordre 1,... n et les photodiodes correspondantes 18 l8, 18,..., 181n, sur la voie 1. Il est notamment possible d'utiliser des diodes laser du commerce ayant une longueur d'onde d'environ 850 mm. On peut aussi envisager les diodes laser opérant à 1300 nm. Le nombre de voies dépend du type de bus utilisé. Il sera souvent de 128 ou 256 (bus VME). Les récepteurs, choisis pour avoir une sensibilité élevée à la longueur d'onde d'émission des diodes laser, ont généralement une surface sensible beaucoup plus élevée que la tranche d'émission des diodes laser et peuvent être disposées de la façon représentée en figure 3, sur une largeur correspondant à tous les chemins d'une même voie. Le réseau est prévu pour permettre à chaque carte de communiquer avec toutes les autres cartes. Pour cela, les émetteurs d'une carte donnée sont placés sur des chemins de même rang des m voies. Le flux lumineux qu'émet un tel émetteur est immédiatement fractionné, par un distributeur placé en face, en deux fractions dirigées en sens inverse. Ces distributeurs peuvent être prévus pour séparer le flux émis en deux parties qui sont ou non égales, suivant l'empla- cement de la carte. Ils sont constitués par des micro-prismes ayant un angle au sommet de 90 , constitués par un revêtement métallique réfléchissant, en aluminium ou argent en général, déposé sur une structure polie, en verre par exemple. La figure 2 montre par exemple un tel micro-prisme 20,i, affecté à la voie i de la carte 1. Il suffit de décaler l'arête du prisme dans le sens de la longueur de la voie pour modifier le rapport entre les deux flux réfléchis. Des distributeurs, au nombre de n-l sur chaque chemin, renvoient chacun une fraction du flux lumineux émis sur ce chemin vers un récepteur particulier appartenant à la même voie. Ces répartiteurs sont constitués par des hologrammes dont le tracé est synthétisé par ordinateur et qui sont réalisés chacun sous forme d'une mosaique de pixels. Chaque hologramme sera calculé de façon à: - transmettre une fraction déterminée du flux, - réfléchir l'autre partie du flux vers un récepteur photo-électrique, - éventuellement, recollimater les faisceaux transmis et réfléchis. Il existe déjà des programmes permettant de synthétiser des hologrammes permettant de remplir ces fonctions. On pourra notamment trouver une description des méthodes de codage dans l'article de L. Legeard et coll., "Etude compara- tive des différentes méthodes de codage binaire pour holo- grammes synthétisés par ordinateur", OPTO. 92, P. 149-157. Chaque hologramme, tel que celui 22 montré en figure 4, calculé sous forme de pixels transparents et opaques, peut être constitué par métallisation réfléchissante d'une face à 45 de la structure (couche de chrome par exemple) et gravure par lithographie ou écriture directe par faisceau d'électrons, permettant d'atteindre une résolution élevée. L'hologramme sera calculé de façon à favoriser l'ordre 1. Un tel réseau peut être réalisé sous un faible volume. Les cartes consécutives peuvent être réparties au pas standard de 12,7 mm. L'intervalle entre deux voies peut être réduit à 625 Dm environ et chaque chemin peut avoir une largeur d'environ 30 im, ce qui donne par exemple une largeur de voie de 240 im lorsqu'il y a huit cartes. La structure portant les distributeurs et les répartiteurs peut être constituée en verre ou en un autre matériau transparent et séparée des cartes par un matériau, également transparent, de remplissage. Chaque hologramme peut avoir une dimension totale de 700x30 1.m et être constitué de pixels de 0,8.un de côté. Les hologrammes peuvent être gravés à l'aide d'une machine à faisceaux d'électrons qui permet une résolution de 100 nm. Les micro-prismes peuvent avoir une base d'environ 1 mm. REVENDICATIONS 1. Réseau d'interconnexion optique de type numérique entre n cartes de circuit imprimé (101,..., 10n) montées parallèlement les unes aux autres, ledit réseau comprenant, pour chaque chiffre binaire des mots à transmettre: - une voie optique parallèle aux autres voies et consti- tuée de n chemins parallèles adjacents et, - sur chaque carte, un émetteur de lumière cohérente (1611,...) vers un chemin respectif et un récepteur photo- électrique (1811,...), - chaque trajet optique comportant un répartiteur (20,) de flux provenant de l'émetteur respectif situé en face et, en face de chaque récepteur des autres cartes, un répartiteur (22), constitué par un hologramme numérique de transmission d'une fraction du faisceau et de focalisation d'une autre fraction sur le récepteur respectif. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque distributeur est constitué par un micro-prisme isocèle rectangle réfléchissant. 3. Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit prisme est revêtu d'une couche d'aluminium ou d'argent. 4. Réseau selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque hologramme (22) est prévu pour focaliser le faisceau réfléchi vers le récepteur photoélectrique respectif (1811,...). 5. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque hologramme (22) est constitué par une matrice de pixels réfléchissants et transparents. 6. Réseau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les distributeurs et les répartiteurs sont constitués sur une structure en verre sépa- rée des cartes par un matériau transparent, de remplissage. 7. Réseau selon la revendication 6, caractérisé en ce que les cartes sont réparties au pas standard de 12,7 mm, l'intervalle entre deux voies est de 625 im environ et chaque chemin a une largeur d'environ 30 mn. 8. Réseau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque émetteur (161,...) est constitué par une diode laser.