EP1275020A1 - Commutateur optique a pieces mobiles et son procede de realisation - Google Patents

Commutateur optique a pieces mobiles et son procede de realisation

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EP1275020A1
EP1275020A1 EP01925656A EP01925656A EP1275020A1 EP 1275020 A1 EP1275020 A1 EP 1275020A1 EP 01925656 A EP01925656 A EP 01925656A EP 01925656 A EP01925656 A EP 01925656A EP 1275020 A1 EP1275020 A1 EP 1275020A1
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EP
European Patent Office
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optical
substrate
optical means
stop
switch according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01925656A
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German (de)
English (en)
Inventor
Patrick Pouteau
Jacques Margail
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching

Definitions

  • the present invention relates to an integrated optical switch with moving parts, an optical stirring device using the switch, and a method of making the switch.
  • Optical patching devices are similar to multiplexers, capable of optically connecting one or more optical input channels, selectively to one or more output channels. They use optical switches for this purpose.
  • the invention relates both to all-or-nothing switches, that is to say switches which authorize or prohibit the passage of light, as well as switches which return light or alternatively switches which modify a characteristic of the light. Switches can have two or more switching states.
  • the invention finds general applications in the field of optical telecommunications, and optical signal processing.
  • Documents (1), (2) and (3) the full references of which are given at the end of the description, give an illustration of a technological background of the invention.
  • Document (1) describes a multi-channel optical switch equipped with a flexible distribution beam.
  • This beam provided with an optical microguide used to distribute a light beam applied in an input channel, to a selected output channel of several possible output channels.
  • the vertical mirrors can occupy a first switching position corresponding to a light reflection mode and a second switching position corresponding to a light transmission mode.
  • the mirrors stand perpendicular to a main face of a support substrate. They can pivot, along an axis also perpendicular, between the two switching positions. Mirrors are moved by the exercise of electrostatic forces between a mirror support plate and a vertical electrode. In such a switch, controlling the verticality of the mirrors can be critical. In Indeed, a defect in the verticality of a mirror can cause a misalignment of the optical beam returned by the mirror.
  • Document (3) also discloses a switch in which a mirror is pivoted by electromagnetic forces from a rest position parallel to the substrate, to an active position perpendicular to the substrate.
  • a mirror is pivoted by electromagnetic forces from a rest position parallel to the substrate, to an active position perpendicular to the substrate.
  • the object of the present invention is to propose an improved optical switch which does not present the above difficulties and in which the active position of a mirror or of other optical means can be fixed with precision.
  • Nother aim is to provide a switch which may be all or nothing type but can also be designed to have several switching states.
  • a further aim is to propose a particularly simple and economical method for producing such a switch.
  • an object of the invention is to propose an optical patching device using the improved optical switch.
  • the invention more specifically relates to an integrated optical switch comprising, on a substrate, optical means capable of interacting with a switching light, and motor means connected to the optical means to rotate them, between a first so-called rest position and at least a second so-called active position.
  • the switch comprises first stop means, mobile, rigidly secured to the optical means, so as to be able to pivot with the optical means, and second, fixed stop means, arranged in a plane substantially parallel to the main face of the substrate, and cooperating with the first stop means for fixing said active position of the optical means.
  • the driving means can be electrostatic means, or electromagnetic means.
  • the pivot axis of the optical means and the first stop means is preferably parallel to the main face of the substrate.
  • the fixed stop means are parallel to the main face of the substrate, it is possible to very simply and very precisely adjust the position of the fixed stop means.
  • the movable stop means are rigidly secured to the optical means, the active position of the optical means is also fixed with precision by adjusting the fixed stop means.
  • the fixed stop means according to the invention can be parallel to the main plane, the precision of formation of these means is linked to the precision of the thicknesses of the layers.
  • these abutment means were produced by the wall of the obviously of the substrate which was perpendicular to the plane of the substrate, and the precision of the position of the optical means was then dependent on the precision of the assembly. This is not the case with the invention.
  • the movable stop means can have an angular spacing with the optical means. Due to the rigid link between the movable stop means and the optical means this angle is kept unchanged during the pivoting movement of the optical means.
  • the optical function and the positioning function are thus dissociated, unlike the prior art where the optical means and the movable stop were in a parallel plane.
  • the stop means are not located in the same plane as the optical means. More specifically, the stop means are outside a plane parallel to a plane containing the optical means in the active position. They therefore do not risk interacting with light and do not require any special anti-reflective treatment to avoid parasitic reflection.
  • the angle formed by the movable stop means with the optical means can be, for example, a right angle.
  • the switching of the optical means may take place in 'such a way that, in the rest position, the optical means extends substantially parallel to the face principal of the substrate, and, in at least one from active positions, the optical means stand up substantially perpendicular to the main face of the substrate.
  • the motor means can comprise at least a first electrode, called mobile electrode, secured to the optical means so as to be able to pivot with the optical means, and at least a second electrode, called said fixed electrode, secured to the substrate.
  • a fixed electrode is associated respectively with each mobile electrode to exert respectively between the mobile electrode and the associated fixed electrode pivoting electrostatic forces.
  • the first stop means that is to say the mobile stop means, integral with the optical means, can constitute one or more mobile electrode (s) or carry one or more mobile electrodes. The stop means then also have an actuation function of the optical means.
  • the abutment means have an angular spacing with the optical means, it is possible to separate the plane of the electrode from the plane of the optical means and thus free the optical means from the constraints linked to the presence of an electrode . This allows a more varied choice of optical means.
  • the optical means may comprise one or more optical components chosen, for example, from: a mirror, a separating blade, a lens, a blade of absorbent material and a blade of reflective material, a difractive optic.
  • the motor means are of the electromagnetic type, the electrodes are replaced by magnetic coils.
  • the optical means may have a first part with a first optical property, standing on the substrate in a first active position, and a second part having a second optical property, different from or identical to the first optical property, standing on the substrate in a second active position.
  • the pivoting of the optical means and of the movable stop means can be ensured by hinged means which connect them to the substrate.
  • the hinged means may comprise, for example, one or more torsion beams, extending substantially along the pivot axis.
  • the torsion beams can in addition ensure the automatic return of the optical means to one of the active or rest positions.
  • the invention further relates to an optical patching device comprising a plurality of optical switches, as described above, arranged in rows and rows, an optical input channel being associated with each row, respectively row, of switches and a optical output channel being associated with each row, respectively line, of switches.
  • the optical patching device may further comprise a plurality of optical fibers respectively coupled to the lines and rows of optical switches. Each fiber is thus associated with an input channel or an output channel of the device.
  • the invention also relates to a method of producing a switch as described.
  • the method comprises the following successive steps: a) the formation of at least one fixed electrode on a main face of a first substrate, and definition of the optical means on a second substrate, parallel to a main face of the second substrate, b) assembling the first and second substrates, by comparing said main faces, and c) etching the second substrate by a free rear face, opposite the main face, to form, in the substrate, at least one movable stop, rigidly secured to the optical means, and to release the optical means.
  • the mobile stop formed in the second substrate can serve as a support for the mobile electrode or itself constitute a mobile electrode when the material of the substrate is non-insulating.
  • non-insulating material means a conductive or semiconductor material to which an electrical potential can be applied which is capable of generating the electrostatic force necessary for the pivoting of the optical means. It should also be noted that a plurality of stops and / or a plurality of mobile electrodes can be formed simultaneously or not.
  • Step a) of the method may also include etching, in the first substrate, at least one cavity for receiving the optical means.
  • the cavity makes it possible to receive the optical means, in particular in their rest position, so that they entirely free a space for the passage of the light ray to be switched.
  • step a) of the method may include the definition, in the first substrate, of one or more fixed stops, cooperating with the mobile stop of the second substrate, to fix a position of the optical means in the active position and / or the rest position.
  • the fixed stops constitute the fixed stop means and make it possible to better define the active or rest position of the optical means. In the absence of the stops, the fixed stop means can be simply formed by the surface of the main face of the first substrate.
  • Figure 1 is a partial and schematic sectional view of an optical switch according to one invention.
  • FIG. 1 is a schematic section along a plane I-I of the switch of Figure 1.
  • FIG. 3 is a schematic section of a switch constituting a variant with respect to Figure 2.
  • FIGS. 4 to 6 are schematic sections of substrates prepared for the formation of a switch according to the invention.
  • FIG. 7 is a schematic representation of substrates prepared in accordance with Figures 4 to 6 in a state prior to their assembly.
  • FIGs 8 and 9 are 'schematic sections of the substrates after their assembly and illustrate subsequent steps of a switch forming process according to the invention.
  • FIG. 10 is a schematic and simplified representation, in top view, of an optical patching device including optical switches according to the invention.
  • the switch of FIG. 1 comprises a first substrate 100 with a main face 110.
  • the main face has a depression 112 in which are fixed electrodes 114.
  • the depression 112 is designed to receive a mirror 120 in a rest position.
  • the mirror 120 constitutes the optical means within the meaning of the invention.
  • the mirror is rigidly connected to two fins 122 arranged on either side of the mirror. In the example illustrated, these form a right angle with the plane of the mirror.
  • the fins are arranged opposite the fixed electrodes 114 and carry on their face facing the fixed electrodes, electrodes 124 called mobile electrodes.
  • the fins 122 can be devoid of electrodes and constitute the electrodes themselves when they are made of a non-insulating material.
  • Torsion beams 126 connect the assembly formed by the mirror 120 and the fins 122 to a fixed part of the substrate 100. They allow the mirror and the fins to pivot along an axis parallel to the main face 110. This axis is materialized by the beams 126 which constitute a hinge.
  • the beams 126 are free from the bottom of the 'depression 112. They are connected to the fixed portion of the substrate that the ends indicated with the letter P in Figure 1. It can be also note that the mirror 120 and the beams 126 are etched in thin layers 201, 202 interposed between the first substrate 100 and a second substrate 200. This point, which does not appear in FIG. 1, will be described in more detail below. of the text, with reference to the following figures.
  • the mirror occupies the low position shown in the figure in which it rests in depression 112.
  • a light beam can pass over the substrate along a path shown in the figure by an arrow Fi.
  • the beam passes into a free switching space 220 and into a first outlet groove 222, formed in the second substrate 200.
  • the state in which a beam can take the path according to the arrow FI is a first switching state called the quiescent state.
  • the assembly formed by the fins 122 and the mirror 120 pivots in a direction indicated by small arrows.
  • the pivoting is caused by a torque which results from electrostatic forces exerted between the mobile and fixed electrodes. This torque must overcome a return torque exerted by the torsion beams 126.
  • the switching threshold can be established experimentally or by calculation, it essentially depends on the surface of the electrodes, their conductivity, their spacing and the restoring torque of the torsion beams.
  • the pivoting of the mirror is stopped when the fins 112 abut against the main face 110 of the first substrate 100.
  • the main face is equipped with stops 128 designated by “fixed stops” and cooperating with the fins to more precisely fix the position of the mirror in its upright position.
  • the fins constitute the movable stop means as defined above.
  • the fixed stop means are formed by the main face of the first substrate, or by fixed stops when fitted.
  • This state is, in the example illustrated, a second switching state, called "active state".
  • the assembly formed by the mobile electrodes and the fixed electrodes is part of the motor means indicated above.
  • Figure 2 is a simplified schematic section of the device of Figure 1 along the section plane II shown in Figure 1. It shows in solid line the mirror 120 and a fin 122 in an intermediate position between the rest position and active position. It also shows, in broken lines, these parts in the active position.
  • stops 128 on the main face of the substrate 110 have a height adjusted so that the mirror 120 stands perpendicular to said face in the active position.
  • the fin 122 is parallel to the main face of the substrate.
  • the mirror 120 is formed of a support 119 and a layer of reflective material 121 covering one face of the support.
  • the support 119 consists of the two intermediate layers 201, 202 already mentioned.
  • the other elements, the references of which are recalled in the figure are identical to those already described with reference to Figure 1. We can therefore refer to them.
  • FIG. 3 shows another possible embodiment of a switch according to the invention.
  • the optical means comprise a first optical component, in this case the mirror 120, extending from one side of the fins 122 (of which only one is visible) and another optical component 130 , for example a semi-blade transparent or a second mirror, extending on an opposite side of the fins 122.
  • the first substrate 100 has a set of first fixed electrodes 114 and a set of second fixed electrodes 115 disposed respectively on either side of the fins and of the torsion beams 126.
  • the fins 122 do not carry electrodes. They are made of a non-insulating material, so that they also constitute the mobile electrodes.
  • the first substrate has a groove 102 of movement of the optical means.
  • the two optical components 120, 130 are in a position substantially parallel to the main face 110 of the first substrate 100.
  • the fins 122 then stand perpendicular to the substrate. This position corresponds to the rest position, in which the system is automatically recalled by the torsion beams 126.
  • a voltage is applied between the fins 122, which constitute the mobile electrodes, and the first fixed electrodes 114.
  • the assembly formed by the fins and the optical means then pivots along the axis of the beams. torsion 126 until the fins bear against stops 128 arranged in the vicinity of the first fixed electrodes 114.
  • the first optical component 120 then stands in the free switching space 220 in which it can act on a light beam.
  • the second optical component 130 is received in the clearance groove 102 of the first substrate 100.
  • a switching voltage is applied between the fins 122 and the second fixed electrodes 115.
  • the assembly formed by the fins and the optical means then pivots in an opposite direction until the fins 122 come to bear against stops 129 arranged in the vicinity of the second fixed electrodes 115.
  • the second optical component 130 rises in the free switching space 220 and the first optical component plunges into the clearance groove 102.
  • a device according to FIG. 3 can be used for example in an optical mixer in which it is desired to distribute a light power over several output channels.
  • the reference 300 schematically indicates electronic control means provided for applying switching voltages to the electrodes. These means, which as such are not part of the invention, are not described here. They can be produced using standard microelectronic or electronic techniques. As in the preceding figures, FIG. 3 shows that the first and second substrates can be separated by two intermediate layers 201, 202. The origin of these layers will appear in the following text relating to a process for manufacturing the optical component.
  • Figure 4 shows, in section, the preparation of the first substrate 100 during a manufacturing process of a switch according to the invention. It is, for example, a silicon substrate whose main face 110 is etched to form a depression 112 therein and possibly stops 128.
  • the stops 128 define a region for the formation of fixed electrodes.
  • the fixed electrodes 114 are formed by depositing and etching a metallic layer such as a layer of gold.
  • the metal layer can be electrically isolated from the substrate if the latter is conductive. Insulation can be obtained by depositing an intermediate layer such as silicon oxide.
  • FIG. 5 shows, in section, a substrate 200 usable for forming said second switch substrate.
  • the substrate 200 has a thin surface layer 201 and a buried thin layer 202, made of a material different from the surface layer.
  • the buried layer 202 separates the surface layer 201 from a solid part 203 of the substrate.
  • the substrate 200 is for example of the silicon on insulator type (SOI, Silicon On Insulator) comprising, in order, a thin layer of silicon, a buried layer of silicon oxide and a solid part of silicon.
  • SOI silicon on Insulator
  • the surface 201 and buried 202 layers are shaped, according to usual photolithography and etching techniques, to define and cut out a plate intended to form, or at least support, the optical means of the switch.
  • the plate is lined with a metallic layer 121, reflecting, and thus constitutes a mirror.
  • the mirror plate is identified with the reference 120 and designated by "mirror".
  • the etching of the surface and buried layers 201, 202 is also used to define the torsion beams 126 which extend the plate (blade) of the mirror. It is also used to form on the main surface 210 of the second substrate 200 a depression 212.
  • the depression is also used to form on the main surface 210 of the second substrate 200 a depression 212.
  • 212 is located in a region substantially symmetrical to the region comprising the mirror, with respect to the beams 126.
  • FIG. 7 shows in perspective the transfer of the second substrate 200 onto the first substrate 100 at a time before they are brought into contact.
  • Figure 7 provides a better view of the shapes and locations of the torsion beams 126 and the mirror 120 defined on the second substrate, as well as the shapes and locations of the electrodes 114 and the stops 128 on the first substrate.
  • the location and the dimensions of the depression 112 of the first substrate 100 are provided so as to be able to receive the mirror 120 and the torsion beams 126 of the second substrate 200.
  • the depression in particular makes it possible to prevent contact between the first substrate with the torsion beams and the mirror. Bonding of these beams on the first substrate 100 is thus avoided.
  • the depression 212 in the second substrate 200 is provided to coincide with the electrodes 114 and the stops 128. It also makes it possible to avoid sticking of these parts.
  • the main faces 110 and 210 of the first and second substrates are brought into contact, in their peripheral part devoid of relief, to obtain a bonding.
  • This bonding can be a direct molecular bonding (called in English terminology "wafer bonding") or a bonding involving a binder.
  • Figure 8 shows in section, according to a plane VII-VII shown in Figure 7, the structure obtained after bonding.
  • a last step illustrated in FIG. 9 includes the deep etching of the second substrate 200 by a free face of it. It is the "rear" face opposite the main face 210.
  • Etching, of the anisotropic type is carried out using the buried layer 202 as an etching stop layer to preserve the mirror 120.
  • the fins preserved during etching, are connected to the mirror by means of the buried layer 202 and are located directly above the torsion beams 126.
  • the location and the shape of the fins can be fixed by an etching mask not shown.
  • Figure 9 is also similar to Figure 2 described above.
  • the buried layer 202 on the mirror 120, exposed during the etching, can possibly be removed if necessary.
  • the foregoing description refers to the manufacture of a single switch. However, a plurality of switches can be made simultaneously on the same substrate.
  • FIG. 10 shows an optical cross-connect 10 using a plurality of optical switches as described above. These switches, for example mirror switches, are marked with the reference 20 and are marked with a cross when they are in an active state.
  • the optical mixer has a plurality of input channels coupled to a plurality of fibers signal input optics 12. The coupling takes place, for example, via an array of lenses 14.
  • stirrer is coupled to a plurality of signal output optical fibers 16, via a second lens array.
  • Each fiber 14 materializes an outlet path of the brewer.
  • the optical switches 20 are divided into lines and rows, each line being associated with an input channel and each row being associated with an output channel.
  • a switch When a switch is in an active switching state, its rectified mirror makes it possible, for example, to return a beam F received from a signal input fiber to a signal output fiber.
  • the input channels can thus be selectively coupled to the output channels.

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Abstract

Commutateur optique comprenant, sur un substrat (100), des moyens optiques (120), et des moyens moteurs (114, 115, 124) coopérant avec les moyens optiques pour les faire pivoter entre une position de repos et au moins une position active. Conformément à l'invention, le commutateur comprend des premiers moyens de butée (122), mobiles, rigidement solidaires des moyens optiques (120, 130) de façon à pouvoir pivoter avec les moyens optiques, et des deuxièmes moyens de butée (128), fixes, agencés dans un plan sensiblement parallèle à la face principale (110) du substrat, et coopérant avec les premiers moyens de butée pour fixer ladite position active des moyens optiques. Application à la réalisation de brasseur optique.

Description

COMMUTATEUR OPTIQUE A PIECES MOBILES ET SON PROCEDE DE REALISATION
Domaine technique
La présente invention concerne un commutateur optique intégré à pièces mobiles, un dispositif de brassage optique utilisant le commutateur, et un procédé de réalisation du commutateur. Les dispositifs de brassage optique sont assimilables à des multiplexeurs, capables de connecter optiquement une ou plusieurs voies optiques d'entrée, sélectivement à une ou plusieurs voies de sortie. Ils utilisent à cet effet des commutateurs optiques. L'invention concerne aussi bien des commutateurs de type tout ou rien, c'est-à-dire des commutateurs qui autorisent ou interdisent le passage de la lumière, que des commutateurs qui renvoient la lumière ou encore des commutateurs qui modifient une caractéristique de la lumière. Les commutateurs peuvent présenter deux états de commutation, ou plus.
L'invention trouve des applications de façon générale dans le domaine des télécommunications optiques, et du traitement optique de signaux.
Etat de la technique antérieure
Les documents (1) , (2) et (3) , dont les références complètes sont indiquées à la fin de la description, donnent une illustration d'un arrière-plan technologique de l'invention. Le document (1) décrit un commutateur optique multivoie équipé d'une poutre flexible de distribution.
Cette poutre, pourvue d'un microguide optique permet de distribuer un faisceau lumineux appliqué en 'une voie d'entrée, vers une voie de sortie sélectionnée parmi plusieurs voies de sortie possibles.
L'utilisation de tels commutateurs pour réaliser un brasseur optique nécessite un nombre élevé de composants, et donc un nombre élevé de circuits électroniques de commande de ces composants. De plus, le commutateur occasionne des pertes optiques importantes .
Un nombre plus limité de composants peut être utilisé dans un brasseur optique du type dit "en espace libre". Dans un tel brasseur, décrit par exemple dans le document (2), des commutateurs à miroirs de
"torsion" verticaux sont utilisés.
Les miroirs verticaux peuvent occuper une première position de commutation correspondant à un mode de réflexion de la lumière et une deuxième position de commutation correspondant à un mode de transmission de la lumière.
Les miroirs se dressent perpendiculairement à une face principale d'un substrat de support. Ils peuvent pivoter, selon un axe également perpendiculaire, entre les deux positions de commutation. Les miroirs sont mus par l'exercice de forces électrostatiques entre une plaque de support du miroir et une électrode verticale. Dans un tel commutateur, le contrôle de la verticalité des miroirs peut s'avérer critique. En effet, un défaut de verticalité d'un miroir peut entraîner un désalignement du faisceau optique renvoyé par le miroir.
On connaît également par le document (3) un commutateur dans lequel un miroir est pivoté par des forces électromagnétiques depuis une position de repos parallèle au substrat, vers une position active perpendiculaire au substrat. Là encore se pose le problème du maintien du miroir dans sa position active, en garantissant cette position avec précision.
Exposé de 1 ' invention
La présente invention a pour but de proposer un commutateur optique amélioré ne présentant pas les difficultés ci-dessus et dans lequel la position active d'un miroir ou d'un autre moyen optique peut être fixée avec précision.
Un autre but est de proposer un commutateur qui puisse être du type tout ou rien mais qui puisse également être conçu pour présenter plusieurs états de commutation.
Un but est encore de proposer un procédé particulièrement simple et économique de réalisation d'un tel commutateur. Enfin, un but de l'invention est de proposer un dispositif de brassage optique utilisant le commutateur optique amélioré.
Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un commutateur optique intégré comprenant, sur un substrat, des moyens optiques aptes à interagir avec une lumière de commutation, et des moyens moteurs reliés aux moyens optiques pour les faire pivoter, entre une première position dite de repos et au moins une deuxième position dite active. Conformément à l'invention, le commutateur comprend des premiers moyens de butée, mobiles, rigidement solidaires des moyens optiques, de façon à pouvoir pivoter avec les moyens optiques, et des deuxièmes moyens de butée, fixes, agencés dans un plan sensiblement parallèle à la face principale du substrat, et coopérant avec les premiers moyens de butée pour fixer ladite position active des moyens optiques .
Les moyens moteurs peuvent être des moyens électrostatiques, ou des moyens électromagnétiques. L'axe de pivotement des moyens optiques et des premiers moyens de butée est de préférence parallèle à la face principale du substrat.
Comme les moyens de butée fixe sont parallèles à la face principale du substrat, il est possible d'ajuster de façon très simple et très précise la position des moyens de butée fixe. Or, comme les moyens de butée mobiles sont rigidement solidaires des moyens optiques, la position active des moyens optiques est également fixée avec précision par l'ajustage des moyens de butée fixe.
Comme les moyens de butées fixes selon l'invention peuvent être parallèles au plan principal, la précision de formation de ces moyens est liée à la précision des épaisseurs des couches. En revanche, dans l'art antérieur, ces moyens de butée étaient réalisés par la paroi de 1 ' évidemment du substrat qui était perpendiculaire au plan du substrat, et la précision de la position des moyens optiques était alors dépendante de la précision de l'assemblage. Ceci n'est pas le cas de l'invention. Selon une réalisation particulière du commutateur, les moyens de butée mobiles peuvent présenter avec les moyens optiques un écartement angulaire. En raison du lien rigide entre les moyens de butée mobiles et les moyens optiques cet angle est conservé inchangé lors du mouvement de pivotement des moyens optiques.
Dans l'invention, la fonction optique et la fonction de positionnement sont ainsi dissociées contrairement à 1 ' art antérieur où les moyens optiques et la butée mobile étaient dans un plan parallèle.
Grâce à 1 ' écartement angulaire, les moyens de butée ne sont pas situés dans le même plan que les moyens optiques. Plus précisément, les moyens de butée sont hors d'un plan parallèle à un plan contenant les moyens optiques en position active. Ils ne risquent donc pas d' interagir avec la lumière et ne nécessitent pas de traitement antireflet particulier pour éviter une réflexion parasite.
L'angle que forment les moyens de butée mobiles avec les moyens optiques peut être, par exemple, un angle droit. Dans ce cas, si la face principale du substrat comprend les moyens de butée fixes, la commutation des moyens optiques peut avoir lieu de' telle façon que, dans la position de repos, les moyens optiques s'étendent de façon sensiblement parallèle à la face principale du substrat, et, dans au moins l'une dès positions actives, les moyens optiques se dressent de façon sensiblement perpendiculaire à la face principale du substrat.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, les moyens moteurs peuvent comporter au moins une première électrode, dite électrode mobile, solidaire des moyens optiques de façon à pouvoir pivoter avec les moyens optiques, et au moins une deuxième électrode, dite électrode fixe, solidaire du substrat. Une électrode fixe est associée respectivement à chaque électrode mobile pour exercer respectivement entre l'électrode mobile et l'électrode fixe associée des forces électrostatiques de pivotement. De façon avantageuse, les premiers moyens de butée, c'est-à-dire les moyens de butée mobiles, solidaires des moyens optiques, peuvent constituer une ou plusieurs électrode (s) mobile (s) ou porter une ou plusieurs électrodes mobiles. Les moyens de butée ont alors également une fonction d' actionnement des moyens optiques .
Dans le cas particulier où les moyens de butée présentent un écartement angulaire avec les moyens optiques, il est possible de séparer le plan de l'électrode du plan des moyens optiques et ainsi libérer les moyens optiques des contraintes liées à la présence d'une électrode. Ceci permet un choix plus varié des moyens optiques .
En particulier, les moyens optiques peuvent comporter un ou plusieurs composants optiques choisis, par exemple, parmi : un miroir, une lame séparatrice, une lentille, une lame de matériau absorbant et une lame en matériau réfléchissant, une optique difractive.
Lorsque les moyens moteurs sont de type électromagnétique, les électrodes sont remplacées par des bobines magnétiques .
Dans une réalisation plus sophistiquée, d'un commutateur à plusieurs positions actives, les moyens optiques peuvent présenter une première partie avec une première propriété optique, se dressant sur le substrat dans une première position active, et une deuxième partie présentant une deuxième propriété optique, différente de la première propriété optique, ou identique à celle-ci, se dressant sur le substrat dans une deuxième position active. Le pivotement des moyens optiques et des moyens de butée mobiles peut être assuré par des moyens à charnière qui les relient au substrat.
Les moyens à charnière peuvent comporter, par exemple, une ou plusieurs poutres de torsion, s ' étendant sensiblement selon l'axe de pivotement.
Les poutres de torsion peuvent en plus assurer le rappel automatique des moyens optique dans l'une des positions active ou de repos.
L'invention concerne en outre un dispositif de brassage optique comportant une pluralité de commutateurs optiques, tels que décrits ci-dessus, agencés en lignes et rangées, une voie optique d'entrée étant associée à chaque ligne, respectivement rangée, de commutateurs et une voie optique de sortie étant associée à chaque rangée, respectivement ligne, de commutateurs . Le dispositif de brassage optique peut en outre comprendre une pluralité de fibres optiques couplées respectivement aux lignes et rangées de commutateurs optiques. Chaque fibre est ainsi associée à' une voie d'entrée ou une voie de sortie du dispositif.
L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'un commutateur tel que décrit. Le procédé comprend les étapes successives suivantes : a) la formation d'au moins une électrode fixe sur une face principale d'un premier substrat, et définition des moyens optiques sur un deuxième substrat, parallèlement à une face principale du deuxième substrat, b) l'assemblage des premier et deuxième substrats, en mettant en regard lesdites faces principales, et c) gravure du deuxième substrat par une face arrière libre, opposée à la face principale, pour former, dans le substrat, au moins une butée mobile, rigidement solidaire des moyens optiques, et pour libérer les moyens optiques.
La butée mobile formée dans le deuxième substrat peut servir de support pour l'électrode mobile ou constituer elle-même une électrode mobile lorsque le matériau du substrat est non isolant. On entend par matériau non isolant un matériau conducteur ou semiconducteur auquel on peut appliquer un potentiel électrique susceptible de générer la force électrostatique nécessaire au pivotement des moyens optiques . Il convient de noter aussi qu'une pluralité de butées et/ou une pluralité d'électrodes mobiles peuvent être formées simultanément ou non.
L'étape a) du procédé peut comporter en outre la gravure, dans le premier substrat, d'au moins une cavité de réception des moyens optiques.
La cavité permet de recevoir les moyens optiques, en particulier dans leur position de repos, de sorte qu'ils libèrent entièrement un espace de passage du rayon lumineux à commuter.
Par ailleurs, l'étape a) du procédé peut comporter la définition, dans le premier substrat, d'une ou de plusieurs butées fixes, coopérant avec la butée mobile du deuxième substrat, pour fixer une position des moyens optiques dans la position active et/ou la position de repos.
Les butées fixes, constituent les moyens de butée fixes et permettent de mieux définir la position active ou de repos des moyens optiques. En l'absence des butées, les moyens de butée fixes peuvent être simplement formés par la surface de la face principale du premier substrat.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures - La figure 1 est un écorché partiel et schématique d'un commutateur optique conforme à 1 ' invention.
- La figure 2 est une coupe schématique selon un plan I-I du commutateur de la figure 1.
- La figure 3 est une coupe schématique d'un commutateur constituant une variante par rapport à la figure 2.
- Les figures 4 à 6 sont des coupes schématiques de substrats préparés pour la formation d'un commutateur conforme à l'invention.
- La figure 7 est une représentation schématique de substrats préparés conformément aux figures 4 à 6 dans un état précédent leur assemblage. - Les figures 8 et 9 sont des ' coupes schématiques des substrats après leur assemblage et illustrent des étapes subséquentes d'un procédé de formation du commutateur conforme à l'invention.
- La figure 10 est une représentation schématique et simplifiée, en vue de dessus, d'un dispositif de brassage optique incluant des commutateurs optiques conformes à l'invention.
Description détaillée de modes particuliers de mise en oeuyre de 1 ' invention
Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées avec les mêmes références, afin d'en simplifier la lecture. Par ailleurs, et pour des raisons de clarté, les figures ne respectent pas une échelle unique. Le commutateur de la figure 1 comprend un premier substrat 100 avec une face principale 110.
La face principale présente une dépression 112 dans laquelle sont formées des électrodes fixes 114. La dépression 112 est prévue pour recevoir un miroir 120 dans une position de repos. Dans cet exemple, le miroir 120 constitue les moyens optiques au sens de l'invention.
Le miroir est relié de façon rigide à deux ailettes 122 disposées de part et d'autre du miroir. Dans l'exemple illustré, celles-ci forment avec le plan du miroir un angle droit.
Les ailettes sont disposées en regard des électrodes fixes 114 et portent sur leur face tournée vers les électrodes fixes, des électrodes 124 appelées électrodes mobiles.
Les ailettes 122 peuvent être dépourvues d'électrodes et constituer elles-mêmes les électrodes lorsqu'elles sont en un matériau non isolant. Des poutres de torsion 126 relient l'ensemble formé par le miroir 120 et les ailettes 122 à une partie fixe du substrat 100. Elles permettent un pivotement du miroir et des ailettes selon un axe parallèle à la face principale 110. Cet axe est matérialisé par les poutres 126 qui constituent une charnière .
Il convient à ce sujet de préciser que les poutres 126 sont libres par rapport au fond de la' dépression 112. Elles ne sont reliées à la partie fixe du substrat qu'en leurs extrémités indiquées avec la lettre P sur la figure 1. On peut noter par ailleurs que le miroir 120 et les poutres 126 sont gravés dans des couches minces 201, 202 intercalées entre le premier substrat 100 et un deuxième substrat 200. Ce point, qui n'apparaît pas sur la figure 1, sera décrit plus en détail dans la suite du texte, en référence aux figures suivantes.
Lorsqu ' aucune différence de potentiel n'est appliquée entre les électrodes mobiles 124 et les électrodes fixes 114, ou lorsque la différence de potentiel est inférieure à un seuil de commutation, le miroir occupe la position basse représentée sur la figure dans laquelle il repose dans la dépression 112.
Dans ce cas, un faisceau de lumière peut passer au-dessus du substrat selon un chemin matérialisé sur la figure par une flèche Fi . Le faisceau passe dans un espace libre de commutation 220 et dans une première gorge de sortie 222, pratiqués dans le deuxième substrat 200.
L'état dans lequel un faisceau peut emprunter le chemin selon la flèche FI est un premier état de commutation appelé état de repos.
Lorsqu'on applique entre les électrodes mobiles 124 et les électrodes fixes 114, une différence de potentiel supérieure à un seuil de commutation, l'ensemble formé par les ailettes 122 et le miroir 120 pivote dans un sens indiqué par des petites flèches. Le pivotement est provoqué par un couple de rotation qui résulte de forces électrostatiques s ' exerçant entre les électrodes mobiles et fixes. Ce couple de rotation doit vaincre un couple de rappel exercé par les poutres de torsion 126. Le seuil de commutation peut être établi expérimentalement ou par calcul, il dépend essentiellement de la surface des électrodes, de leur conductivité, de leur espacement et du couple de rappel des poutres de torsion.
Le pivotement du miroir est arrêté lorsque les ailettes 112 viennent en butée contre la face principale 110 du premier substrat 100. Dans l'exemple de la figure, la face principale est équipée de butées 128 désignées par "butées fixes" et coopérant avec les ailettes pour fixer avec plus de précision la position du miroir dans sa position redressée. Ainsi, les ailettes constituent les moyens de butée mobiles tels que définis précédemment. Les moyens de butée fixes sont formés par la face principale du premier substrat, ou par des butées fixes lorsqu'elle en est équipée.
Lorsque les ailettes sont en appui contre les butées 128, le miroir occupe la position redressée ou
"active" (non représentée) dans laquelle un faisceau lumineux peut être réfléchi selon une direction indiquée par une flèche F2 en trait discontinu.
Cet état est, dans l'exemple illustré, un deuxième état de commutation, dit "état actif".
L'ensemble formé par les électrodes mobiles et les électrodes fixes font partie des moyens moteurs indiqués précédemment.
La figure 2 est une coupe schématique simplifiée du dispositif de la figure 1 selon le plan de coupe I-I indiqué sur la figure 1. Elle montre en trait plein le miroir 120 et une ailette 122 dans une position intermédiaire entre la position de repos et la position active. Elle montre également, en trait discontinu, ces parties dans la position active.
On peut observer que les butées 128 de la face principale du substrat 110 présentent une hauteur ajustée de telle façon que le miroir 120 se dresse perpendiculairement à ladite face dans la position active .
Dans cette position, l'ailette 122 est parallèle à la face principale du substrat.
Dans d'autres applications, une hauteur différente des butées, ou un angle différent de 90° entre les ailettes et le miroir, permettent de fixer d'autres positions actives. On peut encore observer que le miroir 120 est formé d'un support 119 et d'une couche de matériau réfléchissant 121 recouvrant une face du support. Le support 119 est constitué des deux couches intercalaires 201, 202 déjà évoquées. Les autres éléments, dont les références sont rappelées sur la figure sont identiques à ceux déjà décrits en référence à la figure 1. On pourra donc s'y référer.
La figure 3 montre une autre possibilité de réalisation d'un commutateur conforme à l'invention.
Dans 1 ' exemple de la figure 3 , les moyens optiques comportent un premier composant optique, en l'occurrence le miroir 120, s ' étendant d'un des côtés des ailettes 122 (dont une seule est visible) et un autre composant optique 130, par exemple une lame semi- transparente ou un deuxième miroir, s 'étendant sur un côté opposé des ailettes 122.
De la même façon, le premier substrat 100 présente un jeu de premières électrodes fixes 114 et un jeu de deuxièmes électrodes fixes 115 disposées respectivement de part et d'autre des ailettes et des poutres de torsion 126.
On observe que les ailettes 122 ne portent pas d'électrodes. Elles sont en un matériau non isolant, de sorte qu'elles constituent également les électrodes mobiles .
On observe en outre que le premier substrat présente une gorge 102 de débattement des moyens optiques . Lorsqu' aucune tension n'est appliquée entre les électrodes, c'est-à-dire dans l'état de commutation de repos, les deux composants optiques 120, 130 se trouvent dans une position sensiblement parallèle à la face principale 110 du premier substrat 100. Les ailettes 122 se dressent alors perpendiculairement au substrat. Cette position correspond à la position de repos, dans laquelle le système est automatiquement rappelé par les poutres de torsion 126.
Dans un premier état de commutation actif, une tension est appliquée entre les ailettes 122, qui constituent les électrodes mobiles, et les premières électrodes fixes 114. L'ensemble formé par les ailettes et les moyens optiques pivote alors selon 1 ' axe des poutres de torsion 126 jusqu'à ce que les ailettes viennent en appui contre des butées 128 disposées au voisinage des premières électrodes fixes 114. Le premier composant optique 120 se dresse alors dans l'espace libre de commutation 220 dans lequel il peut agir sur un faisceau lumineux. Le deuxième composant optique 130, en revanche, est reçu dans la gorge de débattement 102 du premier substrat 100.
Dans un deuxième état de commutation actif, une tension de commutation est appliquée entre les ailettes 122 et les deuxièmes électrodes fixes 115. L'ensemble formé par les ailettes et les moyens optiques pivote alors dans un sens opposé jusqu'à ce que les ailettes 122 viennent en appui contre des butées 129 disposées au voisinage des deuxièmes électrodes fixes 115. Dans cet état le deuxième composant optique 130 se dresse dans l'espace libre de commutation 220 et le premier composant optique plonge dans la gorge de débattement 102.
Un dispositif conforme à la figure 3 peut être utilisé par exemple dans un brasseur optique dans lequel on souhaite répartir une puissance lumineuse sur plusieurs voies de sortie.
Il est alors possible de remplacer les miroirs par des lames partiellement réfléchissantes.
La référence 300 indique schématiquement des moyens de commande électroniques prévus pour appliquer des tensions de commutation aux électrodes. Ces moyens, qui en tant que tels ne font pas partie de l'invention, ne sont pas décrits ici. Ils sont réalisables selon des techniques usuelles de micro-électronique ou d'électronique. Comme les figures précédentes, la figure 3 montre que les premier et deuxième substrats peuvent être séparés par deux couches intercalaires 201, 202. L'origine de ces couches apparaîtra dans la suite du texte relative à un procédé de fabrication du composant optique.
La figure 4 montre, en coupe, la préparation du premier substrat 100 lors d'un procédé de fabrication d'un commutateur conforme à l'invention. Il s'agit, par exemple, d'un substrat de silicium dont la face principale 110 est gravée pour y pratiquer une dépression 112 et éventuellement des butées 128. Les butées 128 délimitent une région de formation d'électrodes fixes. Les électrodes fixes 114, dont une seule est visible, sont formées par dépôt et gravure d'une couche métallique telle qu'une couche d'or.
La couche métallique peut être électriquement isolée du substrat si celui-ci est conducteur. L'isolation peut être obtenue par dépôt d'une couche intermédiaire telle que de l'oxyde de silicium.
De la même façon, on forme des pistes de conduction électrique (non représentées) permettant de relier les électrodes aux moyens de commande électroniques 300 évoqués en relation avec la figure 3. La figure 5 montre, en coupe, un substrat 200 utilisable pour former ledit deuxième substrat du commutateur.
Le substrat 200 présente une couche mince superficielle 201 et une couche mince enterrée 202, en un matériau différent de la couche superficielle. La couche enterrée 202 sépare la couche superficielle 201 d'une partie massive 203 du substrat.
Le substrat 200 est par exemple du type silicium sur isolant (SOI, Silicon On Insulator) comprenant dans l'ordre, une couche mince de silicium, une couche enterrée d'oxyde de silicium et une partie massive de silicium.
Les couches superficielle 201 et enterrée 202 sont mises en forme, selon des techniques usuelles de photolithographie et de gravure, pour y définir et détourer une plaquette destinée à former, ou tout au moins à supporter, les moyens optiques du commutateur.
Comme le montre la figure 6, la plaquette est garnie d'une couche métallique 121, réfléchissante, et constitue ainsi un miroir. Par analogie avec les figures précédentes, la plaquette formant miroir est repérée avec la référence 120 et désignée par "miroir" . La gravure des couches superficielle et enterrée 201, 202 est mise à profit également pour y définir les poutres de torsion 126 qui prolongent la plaquette (lame) du miroir. Elle est encore mise à profit pour former à la surface principale 210 du deuxième substrat 200 une dépression 212. La dépression
212 est localisée dans une région sensiblement symétrique à la région comprenant le miroir, par rapport aux poutres 126.
La figure 7 montre en perspective le report du deuxième substrat 200 sur le premier substrat 100 à un instant précédant leur mise en contact. La figure 7 permet de mieux voir les formes et les emplacements des poutres de torsion 126 et du miroir 120 définis sur le deuxième substrat, ainsi que les formes et les emplacements des électrodes 114 et des butées 128 sur le premier substrat.
On peut observer en particulier que 1 ' emplacement et les dimensions de la dépression 112 du premier substrat 100 sont prévus de façon à pouvoir recevoir le miroir 120 et les poutres de torsion 126 du deuxième substrat 200. La dépression permet en particulier d'empêcher un contact liant entre le premier substrat avec les poutres de torsion et le miroir. Un collage de ces poutres sur le premier substrat 100 est ainsi évité.
De la même façon, la dépression 212 dans le deuxième substrat 200 est prévue pour coïncider avec les électrodes 114 et les butées 128. Elle permet également d'éviter le collage de ces parties.
Les faces principales 110 et 210 des premier et deuxième substrats sont mises en contact, dans leur partie périphérique dépourvue de relief, pour obtenir un collage. Ce collage peut être un collage moléculaire direct (appelé en terminologie anglo-saxonne "wafer bonding") ou un collage faisant intervenir un liant.
La figure 8 montre en coupe, selon un plan VII-VII indiqué sur la figure 7, la structure obtenue après collage.
On peut observer que les premier et deuxième substrats ne sont solidaires que sur une partie périphérique, c'est-à-dire une partie ne comprenant pas les moyens optiques et les moyens moteurs . Une dernière étape illustrée par la figure 9 comprend la gravure profonde du deuxième substrat 200 par une face libre de celui-ci. Il s'agit de la face "arrière" opposée à la face principale 210.
La gravure permet de définir les ailettes 122, de' dégager l'espace libre de commutation 220 et de libérer le miroir 120.
La gravure, de type anisotrope, est effectuée en utilisant la couche enterrée 202 comme couche d'arrêt de gravure pour préserver le miroir 120.
Par ailleurs, les ailettes, préservées lors de la gravure, sont reliées au miroir par l'intermédiaire de la couche enterrée 202 et sont situées à l'aplomb des poutres de torsion 126. L'emplacement et la forme des ailettes peuvent être fixés par un masque de gravure non représenté. La figure 9 est par ailleurs semblable à la figure 2 décrite précédemment.
La couche enterrée 202 sur le miroir 120, mise à nu lors de la gravure, peut éventuellement être éliminée si nécessaire. La description qui précède se réfère à la fabrication d'un seul commutateur. Toutefois, une pluralité de commutateurs peuvent être réalisés simultanément sur un même substrat.
A titre d'illustration, la figure 10 montre un brasseur optique 10 utilisant une pluralité de commutateurs optiques tels que décrits précédemment. Ces commutateurs, par exemple à miroir, sont repérés avec la référence 20 et sont marqués d'une croix lorsqu'il sont dans un état actif. Le brasseur optique présente une pluralité de voies d'entrée couplées à une pluralité de fibres optiques d'entrée de signal 12. Le couplage a lieu, par exemple, par l'intermédiaire d'un réseau de lentilles 14.
De la même façon, le brasseur est couplé à une pluralité de fibres optiques de sortie de signal 16, par l'intermédiaire d'un deuxième réseau de lentilles
18. Chaque fibre 14 matérialise une voie de sortie du brasseur.
Les commutateurs optiques 20 sont répartis en lignes et en rangées, chaque ligne étant associée à une voie d'entrée et chaque rangée étant associée à une voie de sortie.
Lorsqu'un commutateur est dans un état de commutation actif son miroir redressé permet, par exemple, de renvoyer un faisceau F reçu depuis une fibre d'entrée de signal vers une fibre de sortie de signal. Les voies d'entrée peuvent ainsi être sélectivement couplées aux voies de sortie.
DOCUMENTS CITES
(D
FR-A-2 660 444
(2)
"2x2 MEMS FIBER OPTIC S ITCHES WITH SILICON SUB-
MOUNT FOR LOW-COST PACKAGING" de Shi-Sheng Lee et coll.
Solid-State Sensor and Actuator Wor shop, June 8- 11, 1998, pages 281-284. (3)
"ELECTROMAGNETIC TORSION MIRRORS FOR SELF-ALIGN
FIBER-OPTIC CROSS CONNECTORS BY SILICON
MICROMACHINING" de Hirashi Toshiyoshi et coll.,
IEEE Journal of selected to pics in quantum electronics, vol. 5, n° 1, 1999, pages 10-17.

Claims

REVENDICATIONS
1. Commutateur optique comprenant, sur un substrat (100, 200), des moyens optiques (120, 130) aptes à interagir avec une lumière de commutation, et des moyens moteurs (114, 115, 124) coopérant avec les moyens optiques pour les faire pivoter entre une première position dite de repos et au moins une deuxième position dite active, caractérisé en ce que le commutateur comprend des premiers moyens de butée (122), mobiles, rigidement solidaires des moyens optiques (120, 130) de façon à pouvoir pivoter avec les moyens optiques, et des deuxièmes moyens de butée
(128), fixes, agencés dans un plan sensiblement parallèle à la face principale (110) du substrat, et coopérant avec les premiers moyens de butée pour fixer ladite position active des moyens optiques.
2. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel les moyens moteurs comportent au moins une électrode (124) , dite mobile, solidaire des moyens optiques (120) de façon à pouvoir pivoter avec les moyens optiques, et au moins une électrode (114) , dite fixe, solidaire du substrat, associée respectivement à chaque électrode mobile pour exercer respectivement entre chaque électrode mobile et chaque électrode fixe associée des forces électrostatiques de pivotement.
3. Commutateur selon la revendication 2 , dans lequel les premiers moyens de butée (112) constituent au moins une électrode mobile.
4. Commutateur selon la revendication 2 , dans lequel les premiers moyens de butée portent au moins une électrode mobile (124) .
5. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel les premiers moyens de butée (122) présentent avec les moyens optiques (120) un écartement angulaire.
6. Commutateur selon la revendication 5, dans lequel 1 ' écartement angulaire est sensiblement droit.
7. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel dans la position de repos, les moyens optiques (120) s'étendent de façon sensiblement parallèle à la face principale (110) du substrat (100) , et, dans au moins une position active, les moyens optiques se dressent de façon sensiblement perpendiculaire à la face principale du substrat.
8. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel les premiers moyens de butée (122) et les moyens optiques (120, 130) sont reliés au substrat (100, 200) par des moyens à charnière.
9. Commutateur selon la revendication 8, dans lequel les moyens à charnière comportent au moins une poutre de torsion (126), s ' étendant sensiblement selon un axe de pivotement.
10. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel les moyens optiques (120, 130) comportent au moins l'un parmi un miroir, une lame séparatrice, une lentille, une plaquette de matériau absorbant, une plaquette en matériau réfléchissant.
11. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel les moyens optiques présentent une première partie (120) avec une première propriété optique se dressant sur le substrat dans une première position active et une deuxième partie (130) présentant une deuxième propriété optique, différente de la première propriété optique, ou identique à celle-ci, se dressant sur le substrat dans une deuxième position active.
12. Dispositif (10) de brassage optique comportant une pluralité de commutateurs optiques (20) selon la revendication 1, agencés en lignes et rangées de commutateurs optiques, une voie optique d'entrée étant associée à chaque ligne, respectivement rangée, de commutateurs et une voie optique de sortie étant associée à chaque rangée, respectivement ligne, de commutateur.
13. Dispositif de brassage selon la revendication 12, comprenant une pluralité de fibres optiques (12, 16) couplées respectivement aux lignes et rangées de commutateurs optiques .
14. Procédé de réalisation d'un commutateur optique selon la revendication 1, comprenant les étapes successives suivantes : a) formation d'au moins une électrode fixe sur une face principale (110) d'un premier substrat (100) et définition des moyens optiques (120) sur un deuxième substrat (200) , parallèlement à une face principale (210) du deuxième substrat, b) assemblage des substrats en mettant en regard lesdites faces principales (110, 210), c) gravure du deuxième substrat (200) par une face arrière libre, opposée à la face principale, pour former, dans le substrat, au moins une butée mobile (122) solidaire des moyens optiques (120) et pour libérer les moyens optiques.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on utilise un deuxième substrat en un matériau non isolant, de sorte que la butée (122) forme une électrode.
16. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre la formation d'une électrode (124) sur la butée .
17. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape a) comprend en outre la gravure, dans le premier substrat (100), d'au moins une cavité (112) de réception des moyens optiques.
18. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape a) comprend en outre la définition dans le premier substrat d'au moins une butée fixe (128), coopérant avec la butée mobile (122) formée dans le deuxième substrat, pour fixer une position des moyens optiques dans la position active et/ou la position de repos .
19. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on utilise un deuxième substrat (200) avec une couche superficielle (201) séparée d'une partie massive (203) par une couche enterrée (202), et dans lequel on définit par gravure dans la couche superficielle une plaquette formant les moyens optiques (120), et des barres de torsion (126) reliant la plaquette à une partie fixe de la couche superficielle.
20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel on dépose une couche de matériau optique (121) sur la couche superficielle dans une région dans laquelle on définit ladite plaquette.
21. Procédé selon la revendication 19, dans lequel on effectue lors de l'étape c) une gravure du deuxième substrat avec arrêt sur la couche enterrée (202) .
22. Procédé selon la revendication 19, dans lequel le deuxième substrat (200) est du type silicium sur isolant (SOI, Silicon On Insulator) .
23. Procédé selon la revendication 14, dans lequel on grave en outre au moins une gorge (102) de débattement des moyens optiques dans le premier substrat (100) .
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3908503B2 (ja) * 2001-10-30 2007-04-25 富士通株式会社 光スイッチ
FR2848477B1 (fr) * 2002-12-17 2006-03-24 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif de confinement d'un liquide
JP2007286172A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Pentax Corp マイクロミラー、及び、電極形成方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3870816A (en) * 1973-05-17 1975-03-11 Xerox Corp Optical system for transmit/receive mode conditioning of facsimile transceivers
FR2523363B1 (fr) * 1982-03-12 1986-07-25 Gentric Alain Dispositif bistable electromagnetique, application a la realisation de dispositifs de deflexion optique et de dispositifs de commutation notamment optique
US4626066A (en) * 1983-12-30 1986-12-02 At&T Bell Laboratories Optical coupling device utilizing a mirror and cantilevered arm
US4844577A (en) * 1986-12-19 1989-07-04 Sportsoft Systems, Inc. Bimorph electro optic light modulator
US5535047A (en) * 1995-04-18 1996-07-09 Texas Instruments Incorporated Active yoke hidden hinge digital micromirror device
US6046840A (en) * 1995-06-19 2000-04-04 Reflectivity, Inc. Double substrate reflective spatial light modulator with self-limiting micro-mechanical elements
US5982554A (en) * 1997-12-31 1999-11-09 At&T Corp Bridging apparatus and method for an optical crossconnect device
US6295154B1 (en) * 1998-06-05 2001-09-25 Texas Instruments Incorporated Optical switching apparatus
US6261494B1 (en) * 1998-10-22 2001-07-17 Northeastern University Method of forming plastically deformable microstructures
US6034807A (en) * 1998-10-28 2000-03-07 Memsolutions, Inc. Bistable paper white direct view display

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0179903A1 *

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