Brevet FR2896889A1 — publié le 20070803

-1 La présente invention concerne un dispositif de transmission numérique optique, mono ou bi-directionnel, permettant le brassage, le routage et la commutation au niveau temporel, spatial et fréquentiel d'un certain nombre de faisceaux électromagnétiques. Ce dispositif utilise, p.ex. comme source lumineuse, un laser de faible / moyenne puissance, couplé à un certain nombre de têtes matricielles optiques et à un certain nombre de lignes à retard spécifiques à base, p.ex. de fibres optiques. La fonction de brassage / routage / commutation tout optique à base de faisceaux lumineux en autorise l'utilisation dans différents domaines d'applications en télécommunication (p.ex. transmission point à point, point à multipoints, p.ex. en milieu confiné de type guide d'onde ou en espace libre). Le brassage, le routage et la commutation dans les réseaux de télécommunication très haut débit, utilisant le multiplexage dense par répartition en longueur d'onde (DWDM), est réalisé par des composants passifs et / ou actifs, de type optique, et / ou optoélectronique et / ou électronique intégrant, p.ex. le traitement des couches, p.ex:. physique et / ou réseau, configurées / pilotées par du logiciel applicatif. Ces systèmes intègrent différents dispositifs à base de micro-miroirs de type électro-mécanique à commande numérique de type DMD/MEMS, à base d'actuateurs de type piézoélectrique, à base de cristaux liquides ou à base de cristaux acousto-optiques. La plupart de ces technologies souffrent du temps de latence induit, lié au traitement électronique effectué au travers de multiples composants, résultant de l'obligation de dérouler le protocole à chacun des niveaux, p.ex. à l'aide de logiciel, de matériel ou une combinaison des deux. L'enjeu est de réaliser un composant de brassage / routage / commutation numérique entièrement optique. Le principe de l'invention concerne un dispositif permettant le brassage / routage / commutation dans les réseaux de télécommunication optiques, à base de disques optiques rotatifs multipistes, simple ou double faces et d'une combinaison d'éléments miroirs / filtres de géométrie spécifique permettant d'opérer un adressage spatial / angulaire particulier en fonction de l'effet recherché : niveau de brassage / routage / commutation, saut de cavité, saut de piste, saut de secteur, saut de disque optique rotatif, insertion en entrée dans une ligne à retard et récupération du faisceau en sortie de cette dernière. Selon les configurations possibles le dispositif de transmission numérique optique pourra être complété à l'étage d'entrée et/ou de sortie, p.ex. d'un certain nombre de têtes matricielles optiques de type couronne / pyramide ou pavé de miroirs / filtres et / ou d'un certain nombre de périscopes optiques de déviation. Le dispositif de tête matricielle a la responsabilité d'adresser spatialement et / ou fréquentiellement la charge utile vers le bon conduit, matérialisé par le -2 collimatage "spatial" et "temporel" au travers d'une succession de réflexions/transmissions effectués entre différents conduits / tuyaux virtuels couplés, p.ex. à un instant "t" donné, assurant la propagation effective en espace libre des faisceaux gaussiens. Le tout est complété d'un certain nombre de lignes à retard permettant de retraiter, grâce un certain nombre de multitrames, la resynchronisation des différents signaux. Un certain nombre de flux simultanés, p.ex. deux, trois ou plus, comportant la même charge utile alimenteront le dispositif en question, en assurant la continuité du flux et l'intégrité des informations. L'utilisation d'éléments passifs de type miroir/filtre autorise la réversibilité entrée / sortie du dispositif (transmission bi-directionnelle simultanée). Le dispositif de transmission numérique optique est destiné aux applications de brassage / routage / commutation dans les réseaux de télécommunications optiques. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente, en perspective, la transmission numérique optique composée d'un certain nombre de disques optiques rotatifs, d'un certain nombre de lignes à retards et d'un certain nombre de sources organisées ou non, p.ex. sous forme de matrice, p.ex. à l'aide d'une tête matricielle optique de type couronne / pyramide ou pavé de miroirs filtres. La figure 2 représente, en coupe et vue de face, une possibilité d'architecture d un disque optique rotatif composant la transmission numérique optique. La figure 3 représente, en vue de face, un certain nombre de trajets possibles du faisceau 20 lumineux sur une face d'un disque optique rotatif. La figure 4 représente, en coupe, des variantes possible de cavités permettant 1,c passage d'un certain nombre de faisceaux de part et d'autre d'un disque optique rotatif. La figure 5 représente, en coupe, une variante de la transmission numérique optique réalisée à l'aide d'un certain nombre de disques optiques rotatifs ayant des pistes avec des hauteurs 25 différentes. La figure 6 représente, en vue de dessus et de face, une architecture à un axe de la transmission numérique optique composée d'un certain nombre de disques optiques rotatifs. La figure 7 représente, en vue de dessus et de face, une variante de l'architecture à deux axes de la transmission numérique optique. 30 La figure 8 représente, en vue de dessus et de face, une variante de l'architecture à trois axes de la transmission numérique optique. La figure 9 représente, en vue de dessus, une autre variante de l'architecture à trois axes de la transmission numérique optique. -3 La figure 10 représente, en vue de dessus, une autre variante de l'architecture à trois axes de la transmission numérique optique. La figure 11 représente, en vue de face, une autre variante de l'architecture à trois axes de la transmission numérique optique où deux des trois disques optiques rotatifs se superposent 5 partiellement. La figure 12 représente, en vue de face, une autre variante de l'architecture à trois axes de la transmission numérique optique où les trois disques optiques rotatifs se superposent partiellement. La figure 13 représente, en perspective, une variante de la transmission numérique optique 10 composée d'éléments miroirs micro-électro-mécaniques MEMS (systèmes micro-électromécaniques). En référence à ces dessins, le dispositif de transmission numérique optique, représenté en perspective (FIG. 1), est composé d'un étage d'entrée, p.ex. un certain nombre de têtes matricielles optiques, p.ex. (1), (2) et (3) composées d'un certain nombre d'anneaux 15 et d'un certain nombre d'éléments de type pyramidal central et / ou, p.ex. (4), (5), et (6) d'un certain nombre d'étages de miroirs / filtres organisés, p.ex. de structure matricielle; d'un étage de transmission numérique optique composé d'un certain nombre de disques optiques rotatifs, p.ex. (7), (8), (9), (10) et (11), sur lesquels sont disposés, selon une organisation spécifique, un certain nombre de miroirs / filtres p.ex. (12), (13), (14), (15) et ( 6); d'un 20 certain nombre de lignes à retard, p.ex. (17), (18), (19), (20), (21), (22), (23) et (24) adressées à l'aide d'un certain nombre de miroir/filtres complémentaires ou non p.ex. (25) et (26); et d'un étage de sortie, p.ex. un certain nombre de têtes matricielles optiques, p.ex. (27), (28) et (29) composées d'un certain nombre d'anneaux et d'un certain nombre d'éléments de type pyramidal central, et/ou p.ex. (30), (31), et (32) d'un certain nombre 25 d'étages de miroirs / filtres organisés, p.ex. de structure matricielle. Selon les variantes de réalisation, l'étage d'entrée et l'étage de sortie peuvent être identiques ou non. Grâce à un asservissement des vitesses de rotation spécifiques des différents disques optiques rotatifs ainsi qu'à une électronique rapide de pilotage, le dispositif réalise, avec une combinaison spécifique de cavités / miroirs / filtres / ligne à 30 retard à un instant donné, un adressage angulaire particulier de l'étage de sortie résultant des différentes transmissions réflexions successives subies simultanément par un certain nombre de faisceaux au cours de la traversé du dispositif et de l'angle d'incidence d'un certain nombre de faisceaux de l'étage d'entrée. -4 Selon les variantes de réalisation possibles (FIG. 2), un disque optique rotatif (33) pour la transmission numérique optique est composé d'un certain nombre de miroirs / filtres (34), réalisés dans la masse ou en surface, ayant une géométrie spécifique et/ou d'un certain nombre de cavités (35), avec ou sans fond. L'ensemble de ces cavités et miroirs/filtres est réparti sur les deux faces des disques optiques rotatifs, selon un certain nombre de pistes, secteurs, quadrants. Ceux-ci sont superposés ou non, amovibles ou non. Sur une face (FIG. 3) d'un disque optique rotatif (33), l'organisation et l'orientation spécifiques des miroirs / filtres sur les différentes pistes permettent à un certain nombre de faisceaux incidents un certain nombre de possibilités de trajet, p. ex. translation axiale (36), saut de cavité / miroir / filtre (37), saut de secteur (38), saut de piste (39), saut de quadrant (40) ou toute combinaison (41). De même (FIG. 4), l'organisation des cavités avec ou sans fond, complétée d'un certain nombre de miroirs / filtres ayant eux aussi une orientation spécifique, sur les deux faces des disques optiques rotatifs, p.ex. (33) et (42), composant le dispositif de transmission numérique optique, permet à un certain nombre de faisceaux, le saut de face, p.ex. (43) et (44), le saut et / ou la traversée d'un disque optique rotatif; p.ex. (45), (46) et (47), l'insertion et / ou l'extraction (48) dans une ligne à retard. Ainsi, à un instant donné chacun des faisceaux issus de l'étage d'entrée est guidé par une combinaison spécifique de réflexions / transmissions successives au travers du dispositif de transmission numérique optique pour arriver avec un angle d'incidence spécifique sur l'étage de sortie. Une autre variante des disques optiques rotatifs (FIG. 5) est de réaliser un certain nombre de pistes selon des hauteurs différentes. Le disque optique rotatif, utilisé sur la face externe (49) ou interne (50), autorise alors le traitement des faisceaux incidents ou émergents sur la tranche de chacune des pistes superposées. En fonction des contraintes d'encombrement et/ou du nombre de combinaisons de brassage / routage / commutations désirées, un certain nombre de disques optiques rotatifs, p.ex. (FIG. 6) peuvent être disposés selon un axe (51). Cette figure (FIG. 6) montre p.ex. une répartition possible selon un axe d'un certain nombre de disques optiques rctatifs, p.ex. (52), (53), (54), (55) et (56). Une variante possible est la réalisation d'une transmission numérique optique multiaxes, où un certain nombre de disques optiques rotatifs sont répartis, en quinconce ou non, sur un certain nombre d'axes de rotations. Les disques optiques rotatifs pouvant se chevaucher ou non, être coplanaire ou non. Parmi les différentes variantes possibles, la transmission numérique optique (FIG. 7) possède deux axes de rotations (51) et (57) sur lesquels est positionné un certain nombre de -5 disques optiques rotatifs, p.ex. (52), (53), (54), (55) et (56) sur l'axe de rotation (51) et (58), (59), (60), (61) et (62) sur l'axe de rotation (57). Les disques optiques rotatifs sic, chevauchent partiellement, afin de réaliser un alignement en un certain nombre de points des cavités / miroirs / filtres entre deux disques optiques rotatifs ayant un axe différent, p.ex. (56) et (62), ou bien ils sont sur un même plan et des miroirs / filtres spécifiques réalisent les sauts de disques optiques rotatifs. Tous les disques optiques rotatifs tournent à la même vitesse de rotation ou non, cette dernière étant constante ou non. Une autre variante possible (FIG. 8) et (FIG. 9) est la réalisation d'une transmission numérique optique multiaxiale avec, p.ex. trois axes de rotations (51), (57) et (t-3). Plusieurs configurations des axes de rotation des disques optiques rotatifs sont alors possibles, p.ex. sur un même plan sans chevauchement (FIG. 8) où les disques optiques rotatifs d'un même plan, p.ex. (56), (62), et (64), comportent un certain nombre de miroirs / filtres permettant les sauts entre les différentes faces d'un même disque optique rotatif et/ou les sauts sur les disques optiques rotatifs en vis-à-vis ou non. Parmi les possibilités offertes par ce type de configuration multiaxiale les disques optiques rotatifs peuvent être : sur un même plan, p.ex. (FIG. 8), ou bien se chevauchant partiellement, p.ex. de moitié (FIG. 9) et (FIG. 10). Les disques optiques rotatifs étant tous sur des plans différents, p.ex. en quinconce (FIG. 10), ou bien (FIG. 9), comportent un certain nombre d'axes, p.ex. (51) et (63), permettant le positionnement d'un certain nombre de disques optiques rotatifs sur un même plan, p.ex. (56) et (64), faisant face à un certain nombre d'autres disques optiques rotatifs, p.ex. (62). De même il est possible de réaliser une configuration (FIG. 11), où un certain nombre de disques optiques rotatifs, p.ex. deux (56) et (62), se chevauchent partiellement afin de superposer leur pistes, complétés d'un certain nombre d'autres disques optiques 25 rotatifs, p.ex. (64), ne chevauchant aucun des disques précédents. Une autre variante (FIG. 12) est le chevauchement d'un certain nombre de disques optiques rotatifs, p.ex. trois (56), (62) et (64), de façon à réaliser un certain nombre de points d'alignements des cavités ou miroir/filtres présents sur les faces des disques optiques rotatifs, p.ex. (65), (66) et (67). 30 Selon la disponibilité et les performances des différentes technologies possibles, le brassage, le routage, la commutation au niveau temporel, spatial et fréquentiel, réalisés par les disques optiques rotatifs peuvent être remplacés et/ou complétés par un certain nombre de dispositifs permettant de réfléchir un faisceau spatialement, p.ex. avec des composants de type miroir micro-électro-mécanique, à cristaux liquides, scanner polygonaux... La -6 transmission numérique optique (FIG. 13) est réalisée, p.ex. avec un certain nombre de matrices de miroirs micro-électro-mécaniques, p.ex. (68), (69), (70), (71), (72) et (73), qui réfléchissent les faisceaux incidents issus de l'étage d'entrée, p.ex. une tête matricielle optique de type couronne / pyramide (74) ou pavé de miroirs / filtres (76), vers l'étage de sortie, p.ex. une tête matricielle optique de type couronne / pyramide (75) ou pavé de miroirs/filtres (77), avec un certain nombre d'angles spécifiques résultant d'une succession de réflexions sur un certain nombre de matrices ayant des orientations spécifiques à un instant donné. Une commande électronique permet de sélectionner cette combinaison spécifique d'adressage permettant un brassage / routage / commutation des faisceaux en sortie sur une tête matricielle optique ou non. Selon les variantes possibles, les transmissions numériques optiques et i ou les têtes matricielles optiques, p.ex. de type couronne / pyramide (75) ou pavé de miroirs / filtres (77), peuvent être complétées ou non par un certain nombre de périscopes de déviation optique. Le dispositif de transmission numérique optique, par combinaison de pas d'angle de déviation croissants sur les miroirs / filtres d'une face et d'incréments de ce pas d'angle entre les différents disques optiques rotatifs successifs, p.ex. 1 pour le premier disque optique rotatif, 5 pour le second, 10 pour le troisième..., permet de réaliser, avec une suite spécifique de combinaisons de réflexions / transmissions successives, un dispositif de commutation angulaire d'un certain nombre de faisceaux. REVENDICATIONS 1) Dispositif (FIG. 1) de transmission numérique optique caractérisé en ce qu'il réalise la brassage / routage / commutation au niveau temporel, spatial et fréquentiel sur un certain nombre de faisceaux de transmission laser, fibrés ou non, à très haut débit (p.ex. de type DWDM), à base d'un certain nombre de disques optiques rotatifs, répartis sur un certain nombre d'axes de rotation dans le même plan ou non, possédant un arrangement spécifique de cavités avec ou sans fond dotées ou non de miroirs / filtres permettant la réflexion et/ou la transmission. Ce dispositif de transmission numérique optique peut être utilisé dans les deux sens de propagation du flux lumineux. Selon les applications, les disques optiques rotatifs ont une vitesse de rotation identique ou non. 2 ) Dispositif (FIG. 2) et (FIG. 3) de transmission numérique optique selon la revendication 1 caractérisé en ce le disque optique rotatif comporte p.ex. deux faces utiles ayant chacune un certain nombre de cavités, avec ou sans fond dotées ou non de miroirs / filtres, réparties sur chacune des faces suivant un certain nombre de pistes, de secteurs, de quadrants. Selon les variantes possibles, ces pistes, secteurs, quadrants, miroirs / filtres sont p.ex. en surface ou dans la masse, amovibles ou non, encastrables ou superposables. 3 ) Dispositif (FIG. 3) et (FIG. 4) de transmission numérique optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le miroir / filtre pour disque optique rotatif est logé en surface ou dans la masse, avec une géométrie spécifique, p.ex. angle d'inclinaison, hauteur, orientation, type de surface.,réalisant une fonction optique de commutation / routage / brassage, p.ex. translation axiale au niveau de la matrice de faisceaux, saut de cavité et/ou de miroir / filtre, saut de secteur, saut de piste, saut de quadrant, saut de face de disque optique rotatif, saut de disque optique rotatif, insertion / extraction dans une ligne à retard, en appliquant un certain angle de déviation sur le faisceau de transmission laser incident. Selon les configurations les angles des miroirs/filtres sont p.ex. incrémentés régulièrement ou non sur chaque piste d'un disque optique rotatif à l'autre. 4 ) Dispositif (FIG. 4) de transmission numérique optique selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les cavités sur un disque optique rotatif autorisent les commutations /routage / brassage intra disque ou inter disques optiques rotatifs, c'est-à-dire le passage d'un ou plusieurs faisceaux de part et d'autre du disque optique rotatif afm d'atteindre p.ex. un miroir / filtre sur la face opposée du même disque optique rotatif (saut de face), ou sur le disque optique rotatif suivant aligné ou en quinconce (saut de disque). 5 ) Dispositif (FIG. l) de transmission numérique optique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'elle comprenne un certain nombre de lignes à retards optiques-8- REVENDICATIONS spécifiques, de type passives ou actives composées d'un guide d'onde structuré à base, p.ex. de type fibre optique d'une certaine longueur enroulée autour d'une bobine, d'une structure cristalline naturelle ou de synthèse spécifique, d'un dispositif mémoire passive / active optique, ou toute combinaison de ces derniers, appliquant à l'onde transmise un délai spécifique ou retard sur le temps de propagation dans le guide d'onde. 6 ) Dispositif (FIG. 6), (FIG. 7), (FIG. 8), (FIG. 9), (FTG. 10), (FIG. 11) et (FIG. 12) de transmission numérique optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que, sur des variantes multiaxiales, les disques optiques rotatifs, ayant une vitesse de rotation identique ou non, sont positionnés sur un certain nombre d'axes de rotation avec p.ex. chevauchement ou non des faces des disques optiques rotatifs, p.ex. en quinconce. 7 ) Dispositif (FIG. 1) de transmission numérique optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les faisceaux d'entrées sont issus ou non d'un certain nombre de têtes matricielles de routage de faisceaux lumineux à adressage spatial, p.ex. de type couronne / pyramide, et/ou à adressage fréquentiel, p.ex. pavé de miroirs/filtres. Selon les variantes possibles, les faisceaux de sortie arrivent ou non sur un certain nombre de têtes matricielles de routage de faisceaux lumineux à adressage spatial et / ou fréquentiel. 8 ) Dispositif (FIG. 13) de transmission numérique optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, parmi les variantes de réalisations, les disques optiques rotatifs sont remplacés ou complétés par un certain nombre de dispositifs permettant p.ex. de réfléchir un faisceau, p.ex. des composants de type miroirs micro-électro-mécaniques, selon une organisation spécifique, p.ex. en ligne, en quinconce, complétés en entrée et/ou en sortie par un certain nombre de têtes matricielles optiques, p.ex. de type couronne / pyramide ou pavé de miroirs/filtres, et d'un certain nombre de périscopes de déviation permettant la réduction de l'encombrement du dispositif. 9 ) Dispositif (FIG. 5) de transmission numérique optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que des variantes de disques optiques rotatifs sont constitués d'un certain nombre de niveaux permettant d'avoir des faisceaux lumineux incidents et / ou émergents sur la tranche de chaque pistes. Selon les configurations, la face utile du disque optique rotatif est p.ex. du côté interne et / ou externe, au besoin le dispositif peut-être complété p.ex. d'un périscope de déviation. 10 ) Dispositif de transmission numérique optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, parmi les variantes de réalisation, le flux lumineux en entrée soit p.ex. séparé ou multiplié en un certain nombre de faisceaux identiques, p.ex. en trois, chacunREVENDICATIONS d'eux est alors traité dans la transmission numérique optique simultanément par des chemins optiques physiquement séparés puis rassemblés / recombinés en sortie pour ne former qu'un seul et même flux. Cette séparation en un certain nombre de faisceaux sécurise / garantit la continuité du flux de données entre l'étage d'entrée et l'étage de sortie du dispositif. L'utilisation d'un certain nombre de lignes à retard prévient p.ex. la désynchronisation entre les flux due à la différence des chemins optiques.