FR2725038A1 - Commutateur optique integre bidirectionnel destine a commuter le faisceau lumineux d'une fibre optique - Google Patents

Abstract

La première fibre optique (4) comprend au moins une partie (20) solidaire du substrat (2) et une extrémité (22) non solidaire du substrat et libre de déplacement selon une direction (Y) parallèle à la surface du substrat et sensiblement perpendiculaire à la direction (x). Des moyens actionneurs (31, 33) commandent le déplacement de l'élément mobile (24) de type poussoir de façon à amener, par poussée, l'extrémité libre (22) de la première fibre optique (4) dans le prolongement de la face extrême (16) de la deuxième fibre optique (6) ou celle (18) de la troisième fibre optique (8), ou de façon à amener, par rappel élastique, l'extrémité libre (22) de la première fibre optique dans le prolongement de la face extrême (18) de la troisième (8) fibre optique ou celle (16) de la deuxième (6) fibre optique, et commuter ainsi le faisceau incident.

Description

Commutateur optique intégré bidirectionnel destiné à commuter le faisceau lumineux d'une fibre optique
L'invention se rapporte à la commutation optique du faisceau lumineux d'une fibre optique.

Elle concerne un commutateur optique intégré bidirectionnel comprenant - un substrat monocristallin - une première fibre optique supportée par le substrat et orientée selon une première direction parallèle à la surface du substrat pour véhiculer un premier faisceau lumineux - au moins des deuxième et troisième fibres optiques adjacentes, sensiblement parallèles à la première direction, et supportée s par le substrat pour véhiculer des deuxième et troisième faisceaux lumineux ; et - des moyens de commutation propres à assurer le transfert du faisceau incident transporté par la première fibre optique vers l'une quelconque des seconde et troisième fibres optiques et réciproquement.

Dans la Demande de Brevet d'invention FR-A-2 660 444, les moyens de commutation comprennent - au moins une couche-tampon supportée par le substrat - au moins un évidement pratiqué dans le substrat et la couche-tampon - au moins un micro-guide optique d'entrée supporté par la couche-tampon et orienté selon une première direction parallèle à la surface du substrat, pour véhiculer un faisceau lumineux incident à commuter, la première fibre optique étant connectée au micro-guide d'entrée - au moins deux micro-guides optiques de sortie adjacents et sensiblement parallèles à la première direction, supportés par la couche-tampon pour véhiculer le faisceau lumineux commuté, les micro-guides de sortie et le micro-guide d'entrée étant disposés de part et d'autre de l'évidement et dans leur prolongement, les deuxième et troisième fibres optiques étant connectées chacune à un micro-guide de sortie - au moins une poutre flexible définie dans la couche-tampon et équipée d'un micro-guide optique central sur toute sa longueur et orientée selon la première direction, la poutre comportant une extrémité fixe, solidaire du substrat, et une extrémité libre apte à se déformer dans ledit évidement selon une seconde direction parallèle à la surface du substrat et perpendiculaire à la première direction, le micro-guide central étant situé dans le prolongement du micro-guide d'entrée ; et - des moyens d'excitation pour engendrer des déformations de la poutre selon la seconde direction de façon à amener l'extrémité libre du micro-guide central dans le prolongement de l'un des micro-guides de sortie et commuter ainsi le faisceau incident.

En pratique, le micro-guide d'entrée et le micro-guide central constituent un seul et même micro-guide.

Il est à remarquer que les trois connexions optiques créées lors de la commutation du faisceau lumineux, à savoir celles respectivement créées entre la première fibre optique et le micro-guide d'entrée, entre les deuxième ou troisième fibres optiques et l'un des micro-guides de sortie, et entre le micro-guide d'entrée et ledit micro-guide de sortie, constituent chacune un dioptre optique qui atténue l'intensité du faisceau lumineux ainsi commuté.

Il en résulte trois causes de pertes optiques qui, cumulées, peuvent devenir trop importantes.

Par ailleurs, en l'absence d'alimentation, le commutateur optique revient à sa position de repos. Il n'y a pas de mémorisation de la position courante. Il en résulte qu'il convient de reconfigurer le commutateur à l'issue d'une coupure de courant.

La présente invention a pour but d'apporter une solution à ces problèmes.

Elle porte sur un commutateur optique intégré bidirectionnel tel que décrit ci-avant et qui est caractérisé en ce que la première fibre optique comprend au moins une partie solidaire du substrat et une extrémité non solidaire du substrat et libre de déplacement selon une seconde direction parallèle à la surface du substrat et sensiblement perpendiculaire à la première direction, et en ce que les moyens de commutation comprennent - un élément de type poussoir, mobile en translation dans la seconde direction et propre à pousser l'extrémité libre de la première fibre optique dans un sens prédéterminé ou revenir dans une position de repos dans l'autre sens ;; - des moyens actionneurs propres à commander le déplacement de l'élément mobile de façon à amener, par poussée, l'extrémité libre de la première fibre optique dans le prolongement de la face extrême de la deuxième fibre optique ou celle de la troisième fibre optique, ou de façon à amener, par rappel élastique, l'extrémité libre de la première fibre optique dans le prolongement de la face extrême de la troisième fibre optique ou celle de la deuxième fibre optique, en vue de commuter le faisceau incident.

Un tel commutateur a l'avantage de présenter un seul dioptre optique, à savoir celui qui est créé au niveau de la connexion optique entre l'extrémité libre de la première fibre optique et la face extrême de la deuxième fibre optique ou celle de la troisième fibre optique. Il en résulte une réduction des pertes optiques lors d'une commutation du faisceau.

En pratique, l'élément mobile de type poussoir est intégré sur le substrat. Il est avantageusement réalisé par microusinage, par exemple par photolithographie.

Selon une caractéristique importante de l'invention, les moyens actionneurs comprennent au moins un condensateur intégré sur le substrat et de capacité variable dont les armatures sont parallèles à la première direction, l'une des armatures étant mobile et solidaire de l'élément mobile de type poussoir et l'autre armature étant fixe et solidaire du substrat, et les moyens actionneurs comprennent en outre des moyens pour appliquer une différence de potentiel entre ces deux armatures.

De préférence, l'armature mobile comprend une pluralité de dents, électriquement reliées entre elles, disposées parallèlement à la première direction et mobiles selon la seconde direction, tandis que l'armature fixe comprend une pluralité de dents fixes, électriquement reliées entre elles, disposées parallèlement à la première direction et intercalées entre les dents mobiles, et en présence d'une différence de potentiel prédéterminée entre l'armature fixe et l'armature mobile, les dents mobiles étant propres à se déplacer relativement aux dents fixes selon la seconde direction.

En pratique, l'élément mobile de type poussoir a une forme générale en L, propre à guider, sur la petite branche du L, l'extrémité libre de la première fibre optique.

En variante, l'élément mobile de type poussoir a une forme générale en U, propre à guider, dans sa partie intermédiaire, l'extrémité libre de la première fibre optique.

De préférence, les première à troisième fibres optiques sont non métallisées et du type monomode.

De préférence, le substrat est en silicium.

Avantageusement, au moins en partie, les deuxième et troisième fibres optiques sont solidaires du substrat.

Selon un autre aspect de l'invention, une première butée est prévue à proximité de la face extrême de la deuxième fibre optique de façon à permettre l'alignement de l'extrémité libre de la première fibre avec la deuxième fibre, et une seconde butée est également prévue à proximité de la face extrême de la troisième fibre optique de façon à permettre l'alignement de l'extrémité de la première fibre avec la troisième fibre.

Avantageusement, le dispositif est encapsulé dans un boîtier de type circuit intégré, de préférence, hermétiquement clos.

Avantageusement, le dispositif comprend en outre des premiers moyens de verrouillage/déverrouillage des positions de l'extrémité libre de la première fibre optique en l'absence d'alimentation dudit commutateur. Cette caractéristique confère une propriété de bistabilité au commutateur selon l'invention.

Selon un autre aspect de l'invention, il comprend en outre des seconds moyens de verrouillage/déverrouillage de l'alignement de l'extrémité libre de la première fibre optique avec la face extrême des deuxième ou troisième fibres optiques.

Par exemple, ces seconds moyens de verrouillage/déverrouillage comprennent un coin disposé entre les deuxième et troisième fibres optiques, supporté par le substrat et mobile en translation selon une direction parallèle à la première direction, et les moyens actionneurs sont propres à commander le déplacement du coin mobile de façon à verrouiller, après commutation du faisceau incident, l'alignement de l'extrémité libre de la première fibre optique, après commutation du faisceau incident, avec la face extrême de la deuxième fibre optique ou celle de la troisième fibre optique et déverrouiller ledit alignement avant de commuter le faisceau incident.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ciaprès et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement les moyens constitutifs et essentiels du commutateur intégré selon l'invention, en éclaté pour montrer les détails desdits moyens ;; - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de l'extrémité libre de la première fibre optique dans une position de repos - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, sur laquelle la première fibre optique est ôtée pour faciliter la compréhension du commutateur intégré selon l'invention - la figure 4 représente schématiquement un montage à deux commutateurs intégrés selon l'invention, pour réaliser un commutateur réversible 2 vers 2 - la figure 5 représente schématiquement un montage à trois commutateurs intégrés selon l'invention, pour réaliser un commutateur réversible 1 vers 4 - la figure 6 est une vue à échelle agrandie d'un commutateur optique intégré réversible de 1 vers 4 - la figure 7 représente schématiquement, en vue de dessus, une variante du commutateur selon l'invention équipé d'un coin mobile pour améliorer le positionnement des fibres optiques ; et - la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 2, dans laquelle on a représenté le déplacement du coin mobile selon l'invention.

En référence à la figure 1, le commutateur optique intégré réversible selon l'invention comprend un substrat monocristallin 2, une première fibre optique 4 supportée par le substrat 2 et orientée selon une direction X parallèle à la surface du substrat pour véhiculer un premier faisceau lumineux, et au moins des deuxième et troisième fibres optiques 6 et 8 adjacentes, sensiblement parallèles à la direction X, et supportées par le substrat pour véhiculer des deuxième et troisième faisceaux lumineux.

En pratique, le substrat 2 est en silicium.

Par exemple, les fibres optiques 4, 6 et 8 sont non métallisées et du type monomode.

Avantageusement, le commutateur est encapsulé dans un boîtier de type circuit intégré, de préférence hermétiquement clos selon les techniques de micro-électronique classiques. Le commutateur comprend une couche de verre supérieure transparente 10 et une couche de verre inférieure transparente 12. Le substrat 2 est pris en sandwich entre les couches supérieure 10 et inférieure 12 du commutateur.

Par exemple, les couches de verre inférieure et supérieure sont réalisées en matériau transparent du type "Pyrex" (Marque déposée).

Par exemple, l'épaisseur du substrat 2 est de l'ordre de 100 pm. Les dimensions du commutateur sont de l'ordre de 2,5cm par 2 cm.

Le montage du commutateur est réalisé par soudure anodique verre/silicium. Cette soudure est réalisée en même temps pour les trois couches (couche de verre supérieure, substrat en silicium et couche de verre inférieure).

L'épaisseur des couches de verre supérieure 10 et inférieure 12 est de l'ordre de quelques centaines de micromètres, typiquement 300 pm.

Selon l'invention, la première fibre optique 4 comprend au moins une partie 20 solidaire du substrat et une extrémité 22 non solidaire du substrat et libre de déplacement selon une direction Y parallèle à la surface du substrat et perpendiculaire à la direction X.

Des moyens de commutations assurent le transfert du faisceau incident transporté par la première fibre optique 4 vers l'une quelconque des seconde et troisième fibres optiques 6 et 8 et réciproquement.

Selon l'invention, les moyens de commutation comprennent un élément mobile 24 de type poussoir, intégré sur le substrat 2, et réalisé par photolithographie par exemple. Cet élément mobile 24, de type poussoir, est mobile en translation dans la direction Y. I1 est propre à pousser l'extrémité libre 22 de la première fibre optique dans un sens prédéterminé (position de travail T), ou à revenir dans une position de repos R dans l'autre sens.

Des moyens actionneurs commandent le déplacement de l'élément mobile 24 de façon à amener, par poussée, l'extrémité libre de la fibre optique 22 dans le prolongement de la face extrême 16 (figure 2) de la deuxième fibre optique, ou celle 18 de la troisième fibre optique, ou de façon à amener, par rappel élastique, l'extrémité libre de la première fibre optique dans le prolongement de la face extrême 18 de la troisième fibre optique 8 ou celle 16 de la deuxième fibre optique 6, en vue de commuter le faisceau incident.

Les moyens actionneurs sont de type électrostatique. Ils comprennent au moins un condensateur intégré sur le substrat et de capacité variable. Le condensateur comprend une armature 31 mobile et solidaire de l'élément mobile 24 et une autre armature 33 fixe et solidaire du substrat.

L'armature mobile 31 comprend une pluralité de dents individualisées en 31-1 à 31-6, disposées parallèlement à la direction X et mobiles selon la direction Y.

L'armature fixe 33 du condensateur comprend une pluralité de dents individualisées en 33-1 à 33-6, fixes, disposées parallèlement à la direction X et intercalées entre les dents mobiles 31-1 à 31-6.

L'entrefer e entre les dents fixes 33 et les dents mobiles 31 est de l'ordre de 70 pm.

En présence d'une différence de potentiel entre l'armature fixe et l'armature mobile, les dents mobiles sont propres à se déplacer relativement aux dents fixes selon la direction Y.

L'armature mobile 31 constitue un double peigne solidaire de l'élément mobile, tandis que l'armature fixe constitue un double peigne solidaire du substrat.

Un accès électrique 30 est prévu pour appliquer un potentiel à l'armature 33 solidaire du substrat. De même, un accès électrique 32 est prévu pour permettre l'application d'un potentiel électrique à l'armature 31 solidaire de l'élément mobile.

Des moyens électriques (non représentés) sont prévus pour appliquer une différence de potentiel entre les accès 30 et 32.

L'élément mobile 24 est constitué, ici, d'un appendice ou d'un doigt-poussoir dont la forme générale est en L. Ce doigt-poussoir est propre à guider, sur la petite branche 25 du L, une partie libre 27 de la première fibre optique 4. En variante, le doigt-poussoir 24 peut avoir une forme générale en U, l'extrémité libre de la première fibre optique étant guidée dans la partie inférieure intermédiaire du U.

I1 est à remarquer que les fibres optiques 6 et 8 sont positionnées dans des rainures 52, 54 en V ou en U gravées dans le substrat de silicium. A l'exception de l'extrémité libre de la fibre optique 4, les fibres optiques 4, 6 et 8 sont, au moins en partie, rendues solidaires au substrat de silicium par collage ou soudure.

Les moyens actionneurs permettent de défléchir la fibre d'entrée 4 pour que son extrémité libre 22 soit en regard de celle de l'une des fibres de sortie 6 ou 8. Lorsque l'extrémité libre 22 de la fibre optique 4 est en position de travail T ou de repos R, une partie libre 23 de la fibre optique 4 est en porte-à-faux, tandis que l'extrémité libre 22 est supportée par une cuvette 50 ménagée dans le substrat 2 que l'on décrira plus en détail ci-après.

Le déplacement du doigt-poussoir 24 provoque ainsi le défléchissement de l'extrémité libre de la fibre d'entrée 4, ce qui modifie l'état du contact optique de la position R vers la position T. Lorsque la différence de potentiel entre les armatures 31 et 33 est annulée, les forces électrostatiques s'annulent et l'extrémité libre 22 de la fibre optique 4 passe de la position T vers la position R par rappel élastique de l'extrémité libre de la fibre optique 4.

La force électrostatique Fe disponible pour défléchir la fibre 4 est de la forme : (formule I en annexe) avec E constante diélectrique de l'air, S surface des armatures 31 et 33 en recouvrement et e entrefer des armatures 31 et 33.

Le déplacement de l'extrémité libre Df est de la forme (formule II en annexe) avec E module de Young du verre, 1 distance entre le point d'application de la résultante de la force électrostatique sur la fibre optique 4 et le point extrême d'ancrage de la fibre optique 4 sur le substrat 2,
L la longueur totale du porte- & faux 23 de la fibre optique 4, et r le rayon de la fibre 4.

Pour une tension de commande V de l'ordre de 15 V, compatible des circuits logiques MOS, une épaisseur de substrat 2 de l'ordre de 100 pm, d'un entrefer e d'environ 70 Zm et de 18 dents mobiles et 18 dents fixes, il est possible de défléchir l'extrémité libre de la fibre optique de plus de 50 pm si son diamètre extérieur est de 50 Mm avec une distance 1 de 8 mm et d'une longueur L de porte- -faux de l'ordre de 16 mm.

Sur la figure 2, le commutateur est positionné de telle manière que l'extrémité de la fibre d'entrée 4 est en vis- - vis de l'extrémité 16 de la fibre de sortie 6 (position R).

Ici, par construction, les axes des deux fibres 6 et 8 sont sensiblement colinéaires. L'extrémité 22 de la fibre d'entrée 4 est en appui sur une double butée en forme de cuvette 50 gravée dans le substrat de silicium dans le prolongement des rainures 52 et 54. La double butée 50 comprend deux flancs 51 et 53 permettant ici d'optimiser l'alignement des extrémités 22 et 16 des fibres 4 et 6, et par symétrie des extrémités 22 et 18 des fibres 4 et 8.

I1 est à remarquer que le fond 49 de la butée 50 permet d'éviter le ballant de l'extrémité libre de la fibre d'entrée 4 susceptible d'être provoqué par la force de gravité sur la partie en porte-à-faux 23 de la fibre optique 4. I1 s'agit ici d'un avantage important dans la mesure où il permet d'utiliser le commutateur selon 1'invention à l'envers comme à l'endroit, ce qui n'est pas le cas du commutateur décrit dans le Brevet précité dans la mesure où ce commutateur ne peut être utilisé qu'à l'endroit puisqu'aucune butée permettant de maintenir l'extrémité de la partie flexible n'est envisagée.

Sur la figure 3, le fond 49 de la double butée 50 est remplacé par un bossage 55 ménagé entre les rainures 52 et 54. Ce bossage assure la même fonction, à savoir éviter le ballant de l'extrémité libre de la fibre d'entrée 4. Il permet aussi d'optimiser les pertes du contact optique, et de n'autoriser, à l'extrémité de la fibre 4, que les deux positions R ou T. Le pont 55 a une longueur adaptée à celle de l'extrémité libre 22 de la fibre d'entrée 4.

Avantageusement, il est prévu en outre des moyens de verrouillage/déverrouillage pour verrouiller/déverrouiller l'état du commutateur lorsque celui-ci n'est pas alimenté.

Ces premiers moyens de verrouillage/déverrouillage comprennent une électrode 40 gravée dans une alvéole 42 ménagée dans la plaque supérieure 10 et des pions 45 en saillie, répartis sur la partie inférieure de l'armature mobile 31.

En présence d'une différence de potentiel appliquée entre l'électrode 40 et le condensateur, des forces d'attraction de type électrostatique sont engendrées pour provoquer un déplacement de l'élément mobile 24 selon une direction Z perpendiculaire aux directions X et Y (figure 2).

Ce déplacement vertical permet de libérer les pions qui sont en appui sur l'alvéole 13 ménagée dans la plaque de verre inférieure 12, en vue de commuter le contact optique entre les extrémités des fibres optiques 4 et 6 ou 4 et 8.

I1 est à remarquer qu'en l'absence d'alimentation du commutateur, l'état de celui-ci est verrouillé par l'action conjuguée des pions 45 qui prennent appui sur la plaque de verre inférieure 12 et de l'extrémité libre 22 de la fibre d'entrée 4 qui est en butée sur le substrat 2.

Pour modifier l'état du commutateur, les pions 45 sont libérés tout d'abord, et l'extrémité libre de la fibre d'entrée est légèrement soulevée selon la direction Z pour ne plus être en contact avec le fond 49 de la butée 50 ou dans la rainure 52.

Ensuite, la force de poussée Fe perpendiculaire à la direction Z et parallèle à la direction Y décrite ci-avant est appliquée pour défléchir la partie en porte-à-faux 23 de la fibre 4. Cette force Fe a pour effet de mettre l'extré mité libre 22 de la fibre optique 4 en regard de l'extrémité 18 de la fibre de sortie 8 (position T).

Cet état du commutateur (position T) est verrouillé en l'absence d'alimentation du commutateur, parce que cette dernière annule la force verticale. Les pions 45 reviennent en contact avec la plaque en verre inférieure 12. L'extrémité libre 22 de la fibre optique 4 est en contact avec le fond 49 de la butée 50 ou positionné dans la rainure 54.

La démarche est symétrique pour passer de la position T à la position R.

Selon un autre aspect de l'invention, il est envisageable de n'effectuer qu'un seul déverrouillage du commutateur, dans la mesure où grâce à l'élasticité de la fibre optique, l'extrémité 22 de celle-ci est susceptible de se positionner automatiquement en vis-à-vis avec l'extrémité 16 de la fibre optique 6 (position de repos R).

Pour améliorer la fonction de verrouillage, il est prévu en outre, de graver dans l'évidement 13 de la couche de verre inférieure 12, des pions (non représentés), de forme similaire à celle des pions 45, disposés de telle sorte qu'il assurent, avec ces pions 45, un accrochage amovible.

Pour effectuer le montage des fibres optiques sur le substrat de silicium, il est possible d'utiliser plusieurs techniques. La première technique est par exemple manuelle et sous-binoculaire.

Dans un premier temps, elle consiste, manuellement, à déposer la fibre de sortie 6 dans une rainure en V ou en U gravée à cet effet. La position axiale de l'extrémité 16 de la fibre de sortie 6 est ici approximative. Par exemple, la précision axiale du positionnement est de l'ordre de + 50 Mm par rapport à sa position idéale dans le cas d'un diamètre de fibre de 50pu. Des repères peuvent être prévus et gravés sur le substrat de silicium pour aider le manipulateur.

Dans un second temps, lorsque le commutateur est stable dans la position R, il est prévu de positionner la fibre d'entrée 4 dans une rainure en V ou en U gravée sur le substrat 2 et dans la gorge 25 de l'élément mobile 24.

Dans un troisième temps, au moyen d'une source laser délivrant un faisceau lumineux d'une longueur d'onde de 1,3 ou 1,5 Hm par exemple, il est prévu d'injecter un faisceau lumineux par l'autre extrémité de la fibre d'entrée 4, et de mesurer la puissance reçue au moyen d'un radiomètre au niveau de l'extrémité libre de la fibre de sortie 6. La position des extrémités 16 et 22 des fibres 6 et 4 est alors ajustée manuellement afin d'obtenir une atténuation du contact optique conforme à des valeurs choisies. En pratique, il est prévu de coller, au moins en partie, les deux fibres sur le substrat de silicium lorsque les valeurs sont atteintes.

Réciproquement, il est prévu de commander le commutateur pour qu'il soit stable dans la position T. Dans ces conditions, il est prévu de positionner la fibre de sortie 8 dans une rainure en V ou en U gravée dans le substrat. Dans les mêmes conditions que précédemment, il est prévu de mesurer les pertes du contact optique et d'ajuster manuellement la position de l'extrémité de la fibre de sortie 8 pour que l'atténuation du contact optique soit conforme aux valeurs choisies.

Une autre solution consiste à effectuer le positionnement des fibres de façon automatique. Cette technique utilise les techniques numériques de traitement vidéo. L'oeil du manipulateur est remplacé par une caméra vidéo et les fibres sont positionnées par des micromanipulateurs trois axes mus par des moteurs pas-à-pas en ce qui concerne les déplacements importants, et par des micromanipulateurs piézoélectriques en ce qui concerne les déplacements à l'échelle du dixième ou du micromètre.

Un ordinateur associé à un logiciel de traitement numérique vidéo commande les micromanipulateurs afin d'effectuer un prépositionnement très précis des trois fibres 4, 6 et 8. En intégrant une source de lumière et son récepteur associé dans l'ordinateur, il est possible de connaître les atténuations des contact optiques afin de les optimiser ou les rendre compatibles à des valeurs choisies.

I1 est à remarquer que cette technique automatique est déjà utilisée dans des outils de soudure automatique de fibres optiques.

Très avantageusement, avec plusieurs commutateurs réversibles et bidirectionnels de type 1 vers 2 tels que décrits ci-avant, interconnectés optiquement les uns aux autres, il est possible de réaliser des matrices de commutation de type n vers m, avec n et m nombres entiers.

Sur la figure 4, une matrice à deux commutateurs C1 et C2 permet de réaliser un montage de type 2 vers 2.

Cette matrice est constituée de deux commutateurs C1 et C2 connectés en cascade dont les fibres dites d'entrée 4 et 4' sont soudées entre elles en un point Sî.

I1 est à remarquer que ces deux commutateurs peuvent être intégrés sur le même substrat, ou constituer deux composants séparés reportés sur céramique, voire deux commutateurs encapsulés et distincts.

I1 est à remarquer également qu'une telle matrice comprend deux dioptres optiques, alors qu'une matrice 2 vers 2 réalisée par le Brevet susmentionné en comprend 4.

Sur la figure 5, on a représenté une matrice de 1 vers 4.

Cette matrice est constituée de trois commutateurs C3, C4 et
C5 du type tel que décrit ci-avant. Les fibres de sortie 6 et 8 du premier commutateur sont soudées aux fibres d'entrée 4' et 4" des second et troisième commutateur C4 et C5 respectivement aux points S2 et S3.

Les trois commutateurs C3 à C5 peuvent être intégrés sur le même substrat, ou constituer trois composants séparés reportés sur une céramique, ou bien trois commutateurs encapsulés et distincts.

I1 est à remarquer que la matrice ainsi constituée possède seulement deux dioptres, alors qu'une matrice de ce type réalisée avec la technique du Brevet susmentionné en possède quatre.

Selon l'invention, toutes les combinaisons sont possibles, il est ainsi envisageable de créer toute matrice de type n vers m avec comme brique de base un commutateur de type 1 vers 2 bidirectionnel tel que décrit ci-avant.

L'atténuation globale de la matrice dépend du nombre de commutateurs en cascade, et dans une moindre mesure du nombre de soudures permettant l'interconnexion des commutateurs.

Sur la figure 6, on a représenté un commutateur capable d'assurer la fonction de type 1 vers n où n est ici égal à 4. Cette fonction nécessite une tension de commande suffisamment importante, par exemple environ 100 V en utilisant les moyens actionneurs tels que décrits ci-avant. Par rapport à une tension de commande de 15 V, une tension de 100 V assure un gain sur la force Fe, supérieur à 40.

Sur la figure 6, la fibre d'entrée 4 est représentée en traits tiretés pour montrer les quatre rainures 52, 56, 54 et 58 supportant les fibres optiques 6, 7, 8 et 9 ayant des faces extrêmes respectives 16, 17, 18 et 19.

Les fibres optiques 6, 7, 8 et 9 sont sensiblement adjacentes et colinéaires à la direction X.

La distance séparant la position R de la position T via les positions intermédiaires I1 et 12 est ici de l'ordre de 250 pm. Le point d'application de la force Fe sur la fibre d'entrée 4 est situé à une distance 1 de 2,1 min de son point d'ancrage solidaire du substrat. La longueur L du porte- - faux 23 de l'extrémité libre 22 de la fibre d'entrée est environ de 16 mm.

Lorsque l'extrémité 22 de la fibre d'entrée 4 est positionnée dans la rainure 52, elle n'est pas défléchie par le doigt-poussoir 24. Cette position correspond à la position de repos R. Elle représente aussi la position naturelle de la fibre d'entrée 4. Pour les positions intermédiaires Il et I2 ainsi que la position extrême T, l'extrémité 22 de la fibre d'entrée 4 vient se positionner, en réponse à la force
Fe, dans la même rainure que la fibre de sortie en regard (56 pour la fibre 7, 54 pour la fibre 8 et 58 pour la fibre 9). Il convient de déterminer avec précision les valeurs de tension nécessaires permettant de défléchir la fibre d'entrée 4 pour qu'elle soit dans le prolongement des rainures 56, 54 ou 58 permettant de positionner les fibres de sortie 7, 8 ou 9.

Sur la figure 7, il est représenté un mode de réalisation permettant d'améliorer encore le positionnement des fibres optiques.

Un moteur supplémentaire permet de verrouiller les contacts optiques. Ce moteur supplémentaire comprend un coin mobile en translation selon la direction X.

Ce coin mobile 100 est réalisé d'une manière similaire au doigt mobile 24 décrit ci-avant. I1 est susceptible d'être intercalé entre les fibres optiques 6 et 8.

Des moyens actionneurs supplémentaires commandent le déplacement du coin mobile 100 de façon à retirer le coin mobile d'une position P1 dans laquelle l'alignement de l'extrémité libre 22 de la fibre 4 avec la face extrême 16 ou 18 de la fibre 6 ou 8 est verrouillé. La partie latérale 111 ou 113 du coin mobile joue ici le rôle de butée mobile qui verrouille l'alignement des extrémités respectives des fibres.

Ces moyens actionneurs supplémentaires sont avantageusement de type électrostatiques. Ils comprennent un condensateur intégré sur le substrat 2 et de capacité variable. Le condensateur comprend une armature 112 mobile et solidaire du coin mobile 100 et une armature 114 fixe et solidaire du substrat 2.

L'armature mobile 112 comprend une pluralité de dents disposées parallèlement à la direction Y et mobiles selon une direction X. L'armature fixe 114 comprend une pluralité de dents disposées parallèlement à la direction Y et intercalées entre les dents mobiles 112.

Un accès électrique 116 est prévu pour appliquer un potentiel à l'armature mobile 112.

Des moyens électriques (non représentés) sont prévus pour appliquer une différence de potentiel entre les accès 116 et 30.

Lorsque le mécanisme n'est pas alimenté, le coin mobile 100 solidaire de l'armature mobile 112 du condensateur verrouille le contact optique. Ce verrou permet de maintenir mécaniquement l'extrémité de la fibre d'entrée 4, afin qu'en présence de chocs ou de vibrations, l'atténuation du contact optique reste conforme aux exigences.

Avant toute commutation de la position R vers la position T, ou de la position T vers la position R, il est impératif de déverrouiller le coin mobile 100, c'est-à-dire de ramener le coin mobile vers sa position P2.

Lorsque tension est appliquée entre le substrat de silicium et l'armature mobile 112, des forces électrostati ques sont créées entre ladite armature mobile 112 et l'armature fixe 114, ce qui permet de provoquer le retrait du coin 100 vers sa position P2.

Il est alors possible de modifier l'état du commutateur comme décrit ci-avant. Une fois que la commutation est effectuée, il est possible de verrouiller le contact optique en annulant la tension entre le substrat 2 et l'armature 112, le coin reprend sa position initiale (position P1) et verrouille le contact optique.

La dynamique de mouvement du coin est d'environ de 10 & BR< 20 pm. Cette technique est avantageusement un complément aux deux déplacements décrits ci-avant.

Dans la description, la position relative des fibres de sortie et d'entrée, à savoir sensiblement parallèles les unes aux autres, est estimée la plus envisageable. Toutefois, moyennant un aménagement approprié, elles peuvent être disposées selon une relation géométrique quelconque.

Claims (1)

ANNEXE eSV (I) Fe = 2e Revendications 1. Commutateur optique intégré bidirectionnel destiné à commuter le faisceau lumineux d'une fibre optique, comprenant - un substrat (2) ; - une première fibre optique (4) supportée par le substrat (2) et orientée selon une première direction parallèle (X) à la surface du substrat (2) pour véhiculer un premier faisceau lumineux - au moins des deuxième (6) et troisième (8) fibres optiques adjacentes, sensiblement parallèles à la première direction (X), et supportées par le substrat (2) pour véhiculer des deuxième et troisième faisceaux lumineux ; et - des moyens de commutation propres à assurer le transfert du faisceau incident transporté par la première fibre optique (4) vers l'une quelconque des seconae (6) et troisième (8) fibres optiques et réciproquement caractérisé en ce que la première fibre optique (4) comprend au moins une partie (20) solidaire du substrat (2) et une extrémité (22) non solidaire du substrat et libre de déplacement selon une seconde direction (Y) parallèle à la surface du substrat et sensiblement perpendiculaire à la première direction (X), et en ce que les moyens de commutation comprennent - un élément (24) de type poussoir, mobile en translation dans la seconde direction (Y), et propre à pousser l'extrémité libre (22) de la première fibre optique (4) dans un sens prédéterminé (T) ou à revenir dans une position de repas (R) dans l'autre sens, - des moyens actionneurs (31,
1. 33) propres à commander le déplacement de l'élément mobile de façon à amener, par poussée, l'extrémité libre (22) de la première fibre optique (4) dans le prolongement de la face extrême (16) de la deuxième fibre optique (6) ou celle (18) de la troisième fibre optique (8), ou de façon à amener, par rappel élastique, l'extrémité libre (22) de la première fibre optique dans le prolongement de la face extrême (18) de la troisième (8) fibre optique ou celle (16) de la deuxième (6) fibre optique, et commuter ainsi le faisceau incident.

   2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile (24) de type poussoir est intégré sur le substrat (2) et réalisé par micro-usinage.

   3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens actionneurs (31, 33) comprennent au moins un condensateur intégré sur le substrat et de capacité variable dont les armatures (31, 33) sont parallèles à la première direction (X), l'une (31) des armatures étant mobile et solidaire de l'élément mobile (24) et l'autre armature (33) étant fixe et solidaire du substrat (2), et des moyens (30, 32) pour appliquer une différence de potentiel entre ces deux armatures (31, 33).

   4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'armature mobile (31) comprend une pluralité de dents (31-1 à 31-6), électriquement reliées entre elles, disposées parallèlement à la première direction (X) et mobiles selon la seconde direction (Y) tandis que l'armature fixe (33) comprend une pluralité de dents fixes (33-1 à 33-6), électriquement reliées entre elles, disposées parallèlement à la première direction (X) et intercalées entre les dents mobiles (31-1 à 31-6), et en ce quten présence d'une différence de potentiel prédéterminée entre l'armature fixe (33) et l'armature mobile (31), les dents mobiles étant propres à se déplacer relativement aux dents fixes selon la seconde direction (Y).

   5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile de type poussoir (24) a une forme générale en L, propre à guider sur la petite branche (25) du

   L, l'extrémité libre (27) de la première fibre optique (4).

   6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile de type poussoir (24) a une forme générale en U, propre à guider dans sa partie intermédiaire l'extrémité libre de la première fibre optique.

   7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première à troisième fibres optiques (4, 6 et 8) sont non métallisées et du type monomode.

   8. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le substrat (2) est en silicium.

   9. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'au moins en partie les deuxième et troisième fibres (6 et 8) optiques sont solidaires du substrat.

   10. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'une première butée (53) est prévue à proximité de la face extrême (16) de la deuxième fibre optique (6) de façon à permettre l'alignement de l'extrémité libre (22) de la première fibre (4) avec la deuxième fibre optique (6) et une seconde butée (51) à proximité de la face extrême (18) de la troisième fibre optique (18) de façon à permettre l'alignement de l'extrémité (22) de la première fibre optique avec la troisième fibre optique (8).

   11. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il est encapsulé dans un boîtier de type circuit intégré.

   12. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premiers moyens de verrouillage/déverrouillage (45, 40) des positions (R et T) de l'extrémité libre (22) de la première fibre optique (4) en l'absence d'alimentation du commutateur.

   13. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens de verrouillage/déverrouillage (100, 112, 114) de l'alignement de l'extrémité libre (22) de la première fibre optique (4) avec la face extrême (16 ou 18) des deuxième ou troisième fibres optiques (6 ou 8) 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les seconds moyens de verrouillage/déverrouillage comprennent un coin (100) disposé entre les deuxième et troisième fibres optiques (6 et 8), supporté par le substrat (2) et mobile en translation selon une direction parallèle à la première direction (X), et en ce que les moyens actionneurs sont propres à commander le déplacement du coin mobile de façon à verrouiller l'alignement de l'extrémité libre de la première fibre optique avec la face extrême de la deuxième fibre optique ou celle de la troisième fibre optique après commutation du faisceau incident, et déverrouiller ledit alignement avant commutation du faisceau incident.