FR2755246A1 - Optical switch for Telecommunications - Google Patents
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Abstract
Description
INTERRUPTEUR OPTIQUE
La présente invention se rapporte à un interrupteur optique destiné à être utilisé dans diverses applications liées aux domaines des télécommunications optiques et de l'optoélectronique. Un tel dispositif permet notamment d'établir ou d'interrompre la propagation d'une onde lumineuse.OPTICAL SWITCH
The present invention relates to an optical switch intended for use in various applications related to the fields of optical telecommunications and optoelectronics. Such a device makes it possible in particular to establish or interrupt the propagation of a light wave.
De nombreux types de composants optiques ont déjà été développés notamment dans le domaine des télécommunications optiques. Ces composants sont répartis en deux familles. La première famille concerne des portes optiques à amplificateur à semi-conducteur, des coupleurs, des commutateurs à base de semiconducteur tel que GaAs ou à base de niobate de lithium et des commutateurs acousto-optiques qui sont maintenant largement connus. Tous ces dispositifs présentent des temps de commutation très faibles. Many types of optical components have already been developed, notably in the field of optical telecommunications. These components are divided into two families. The first family concerns semiconductor amplifier optical gates, couplers, semiconductor-based switches such as GaAs or based on lithium niobate and acousto-optical switches which are now widely known. All of these devices have very short switching times.
Cependant ils sont chers et ne présentent pas simultanément l'ensemble des caractéristiques requises.However, they are expensive and do not simultaneously present all of the required characteristics.
La deuxième famille, qui constitue l'état de la technique le plus proche de la présente invention, concerne des micro-interrupteurs de type électromécanique à application lente. -Le principe de ces micro-interrupteurs consiste à établir ou à interrompre le couplage entre plusieurs fibres par différents moyens. Une première méthode de fonctionnement repose sur l'alignement et le désalignement de deux fibres optiques en utilisant un moteur pas à pas apte à saisir une fibre et à la déplacer par rapport à l'autre en effectuant des mouvements micro-mécaniques. Les autres micro-interrupteurs existants sont basés sur d'autres méthodes de fonctionnement toutes aussi complexes à mettre en oeuvre. Ils utilisent pour cela soit un déflecteur acousto-optique, soit un miroir tournant ou encore un prisme. The second family, which constitutes the state of the art closest to the present invention, relates to micro-switches of the electromechanical type with slow application. -The principle of these microswitches consists in establishing or interrupting the coupling between several fibers by different means. A first operating method is based on the alignment and misalignment of two optical fibers using a stepping motor capable of gripping one fiber and moving it relative to the other by performing micro-mechanical movements. The other existing microswitches are based on other operating methods that are just as complex to implement. They use either an acousto-optic deflector, a rotating mirror or a prism.
Le fonctionnement de tous ces micro-interrupteurs existants nécessite une très grande précision, notamment pour réaliser des micro-alignements. Cette exigence de précision rend leur fabrication complexe et leur fiabilité s'en trouve diminuée. Leur coût de fabrication est par ailleurs très élevé. The operation of all these existing microswitches requires very high precision, in particular for producing micro-alignments. This requirement for precision makes their manufacturing complex and their reliability is reduced. Their manufacturing cost is also very high.
La présente invention permet de pallier tous ces inconvénients puisqu'elle propose un interrupteur optique comprenant d'une part au moins une fibre optique courbée, dont les extrémités sont maintenues fixes, et d'autre part un moyen de commande électromécanique destiné à actionner une portion médiane de cette fibre optique de manière à faire varier son rayon de courbure. The present invention overcomes all these drawbacks since it provides an optical switch comprising on the one hand at least one curved optical fiber, the ends of which are kept fixed, and on the other hand an electromechanical control means intended to actuate a portion median of this optical fiber so as to vary its radius of curvature.
L'invention concerne en outre l'utilisation d'un tel interrupteur pour la réalisation d'un coupleur. The invention further relates to the use of such a switch for the production of a coupler.
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel interrupteur pour la réalisation d'un commutateur. The invention also relates to the use of such a switch for the production of a switch.
L'invention concerne également l'utilisation de plusieurs interrupteurs pour la réalisation d'un routeur. Un routeur est définit comme étant un dispositif assurant aussi bien la fonction d'un commutateur que celle d'un coupleur. The invention also relates to the use of several switches for producing a router. A router is defined as a device ensuring both the function of a switch and that of a coupler.
L'invention concerne également l'utilisation d'une pluralité d'interrupteurs pour la réalisation d'un répartiteur. The invention also relates to the use of a plurality of switches for producing a distributor.
L'interrupteur selon l'invention est fabriqué selon une technique simple et présente par conséquent un bas coût de fabrication. Il est par ailleurs très fiable et une faible tension suffit à l'actionner. The switch according to the invention is manufactured according to a simple technique and therefore has a low manufacturing cost. It is also very reliable and a low voltage is enough to activate it.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif au regard des figures annexées qui représentent:
- la figure 1, un schéma de principe d'un interrupteur selon l'invention,
- la figure 2, un schéma de principe d'un routeur réalisé à partir d'interrupteurs selon l'invention,
- la figure 3, un schéma de principe d'un coupleur réalisé à partir d'un interrupteur selon l'invention,
- la figure 4, un schéma de principe d'un commutateur réalisé à partir d'un interrupteur selon l'invention,
- la figure 5, un schéma de principe d'un répartiteur fabriqué à l'aide d'une pluralité d'interrupteurs selon l'invention,
- la figure 6, un schéma de principe d'un autre répartiteur fabriqué à l'aide d'une pluralité d'interrupteurs selon l'invention.Other features and advantages of the invention will appear on reading the description given by way of illustrative and non-limiting example with regard to the appended figures which represent:
FIG. 1, a block diagram of a switch according to the invention,
FIG. 2, a block diagram of a router produced from switches according to the invention,
FIG. 3, a block diagram of a coupler produced from a switch according to the invention,
FIG. 4, a block diagram of a switch produced from a switch according to the invention,
FIG. 5, a block diagram of a distributor made using a plurality of switches according to the invention,
- Figure 6, a block diagram of another distributor made using a plurality of switches according to the invention.
La figure 1 illustre un schéma de principe d'un interrupteur selon l'invention. Cet interrupteur se présente sous la forme d'un boîtier 50 renfermant une fibre optique désignée par la référence 10, dont les extrémités sont maintenues fixes au moyen d'éléments de serrage 20, 21 par exemple, rattachés au boîtier 50. De préférence, la fibre optique 10 est courbée. Figure 1 illustrates a block diagram of a switch according to the invention. This switch is in the form of a box 50 containing an optical fiber designated by the reference 10, the ends of which are kept fixed by means of clamping elements 20, 21 for example, attached to the box 50. Preferably, the optical fiber 10 is curved.
Des connecteurs, par exemple, peuvent ensuite être assemblés aux moyens de fixation 20, 21 de manière à relier une première extrémité de la fibre 10 à un dispositif optique ou à une autre fibre optique destiné(e) à guider un signal optique d'entrée et l'autre extrémité de cette fibre 10 à un autre dispositif optique ou à une autre fibre destiné(e) à guider un signal optique de sortie. Connectors, for example, can then be assembled to the fixing means 20, 21 so as to connect a first end of the fiber 10 to an optical device or to another optical fiber intended to guide an optical input signal and the other end of this fiber 10 to another optical device or to another fiber intended to guide an optical output signal.
Selon une variante de réalisation il est possible d'envisager que l'interrupteur optique selon l'invention comporte plus d'une fibre optique. According to an alternative embodiment, it is possible to envisage that the optical switch according to the invention comprises more than one optical fiber.
D'autre part, un moyen de commande électromécanique 30 permet de déplacer une portion sensiblement médiane de la fibre optique 10 de manière à faire varier son rayon de courbure. Le moyen de commande électromécanique 30 représenté sur la figure 1 est de préférence constitué par un électro-aimant. Il est placé perpendiculairement à l'axe de la fibre optique 10. L'électro-aimant 30 comprend un enroulement 31, apte à produire un champ magnétique lorsqu'il est parcouru par un courant électrique, et une pièce 32 apte à se déplacer sous l'effet du champ magnétique créé. La pièce 32 peut ainsi prendre plusieurs positions. Sur la figure 1, deux positions référencées
A et B sont représentées. La portion médiane de fibre optique 10 est solidaire de cette pièce 32. Elle se déplace donc au cours des changements successifs de la position de la pièce 32.On the other hand, an electromechanical control means 30 makes it possible to move a substantially middle portion of the optical fiber 10 so as to vary its radius of curvature. The electromechanical control means 30 shown in FIG. 1 is preferably constituted by an electromagnet. It is placed perpendicular to the axis of the optical fiber 10. The electromagnet 30 comprises a winding 31, capable of producing a magnetic field when it is traversed by an electric current, and a part 32 capable of moving under the effect of the magnetic field created. The part 32 can thus take several positions. In Figure 1, two positions referenced
A and B are shown. The middle portion of optical fiber 10 is integral with this part 32. It therefore moves during successive changes in the position of the part 32.
Le principe de fonctionnement de l'interrupteur optique représenté sur la figure 1 repose sur le fait qu'en deçà d'un certain rayon de courbure critique Rc, l'onde se propageant dans une fibre optique n'est plus guidée. The operating principle of the optical switch shown in FIG. 1 is based on the fact that below a certain critical radius of curvature Rc, the wave propagating in an optical fiber is no longer guided.
Ainsi, pour un rayon de courbure Ron supérieur au rayon de courbure critique Rc, une fibre optique est capable de guider un signal optique se propageant dans son coeur. En revanche, pour un rayon de courbure Roff inférieur au rayon de courbure critique Rc, l'angle de réflexion d'un signal optique se propageant dans le coeur de la fibre n'est pas constant d'une réflexion à l'autre et devient trop faible pour que les réflexions soient totales. Dans ce cas, l'onde lumineuse pénètre alors dans la gaine de la fibre. Cette perte de signal ne devient importante que pour une valeur de rayon de courbure inférieure à la valeur critique Rc. De plus, l'atténuation du signal augmente de manière exponentielle avec la diminution du rayon de courbure. Thus, for a radius of curvature Ron greater than the critical radius of curvature Rc, an optical fiber is capable of guiding an optical signal propagating in its core. On the other hand, for a radius of curvature Roff smaller than the critical radius of curvature Rc, the angle of reflection of an optical signal propagating in the core of the fiber is not constant from one reflection to another and becomes too weak for the reflections to be total. In this case, the light wave then enters the sheath of the fiber. This loss of signal only becomes significant for a value of radius of curvature less than the critical value Rc. In addition, the attenuation of the signal increases exponentially with the decrease in the radius of curvature.
La valeur critique du rayon Rc dépend fortement du diamètre de coeur et de l'ouverture numérique de la fibre. Cependant, pour une fibre optique multimode ayant un diamètre de coeur compris entre 80 et 120 pm et une ouverture numérique de l'ordre de 0,2, elle est en général inférieure à 15 mm . En revanche, pour une fibre monomode ayant un diamètre de coeur compris entre 10 et 25 ssm et une ouverture numérique de l'ordre 0,1, cette valeur critique du rayon Rc est en général inférieure à 12 mm. The critical value of the radius Rc strongly depends on the core diameter and the numerical aperture of the fiber. However, for a multimode optical fiber having a core diameter of between 80 and 120 μm and a digital aperture of the order of 0.2, it is generally less than 15 mm. On the other hand, for a single-mode fiber having a core diameter of between 10 and 25 ssm and a numerical opening of the order of 0.1, this critical value of the radius Rc is generally less than 12 mm.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, lorsque la pièce 32 de ltélectro-aimant 30 se trouve dans une première position, désignée par la référence A, la fibre optique 10 présente un rayon de courbure Roff inférieur au rayon de courbure critique Rc. La fibre optique 10 ne peut alors plus guider la propagation d'une onde lumineuse et l'atténuation du signal est telle que l'on considère que la propagation est interrompue. In the example shown in Figure 1, when the part 32 of the electromagnet 30 is in a first position, designated by the reference A, the optical fiber 10 has a radius of curvature Roff less than the critical radius of curvature Rc. The optical fiber 10 can then no longer guide the propagation of a light wave and the attenuation of the signal is such that it is considered that the propagation is interrupted.
En revanche, lorsque la pièce 32 recule en position
B, représentée en pointillés sur la figure 1, la portion médiane de la fibre optique 10, solidaire de cette pièce 32, se déplace également. Ce déplacement entraîne une variation du rayon de courbure de la fibre optique qui devient supérieur au rayon de courbure critique Rc et la fibre optique permet par conséquent la propagation d'une onde lumineuse.However, when the part 32 moves back into position
B, shown in dotted lines in FIG. 1, the middle portion of the optical fiber 10, integral with this part 32, also moves. This displacement causes a variation in the radius of curvature of the optical fiber which becomes greater than the critical radius of curvature Rc and the optical fiber consequently allows the propagation of a light wave.
La courbe en tension représentée sur le schéma de la figure 1 montre qu'à chaque position de la pièce 32, c'est-à-dire à chaque valeur de rayon de courbure Ron,
Roff de la fibre, correspond une tension de fonctionnement VA, VB. Dans un exemple de réalisation, il est possible de faire en sorte que la position B de la pièce 32, correspondant au rayon de courbure Ron permettant à une onde lumineuse de se propager dans le coeur de la fibre 10, soit obtenue lorsqu'aucune tension n'est appliquée sur ltélectro-aimant 30.The voltage curve shown in the diagram in FIG. 1 shows that at each position of the part 32, that is to say at each value of radius of curvature Ron,
Roff of the fiber, corresponds to an operating voltage VA, VB. In an exemplary embodiment, it is possible to ensure that the position B of the part 32, corresponding to the radius of curvature Ron allowing a light wave to propagate in the core of the fiber 10, is obtained when no voltage is applied to the electromagnet 30.
L'autre position A, correspondant au rayon de courbure
Roff permettant l'interruption de la propagation lumineuse, est alors obtenue en appliquant une tension
VA sur ltélectro-aimant. De manière avantageuse une faible tension VA de fonctionnement suffit à actionner la pièce 32. Cette tension VA est en effet de l'ordre de quelques volts.The other position A, corresponding to the radius of curvature
Roff allowing the interruption of light propagation, is then obtained by applying a voltage
VA on the electromagnet. Advantageously, a low operating voltage VA is sufficient to actuate the part 32. This voltage VA is indeed of the order of a few volts.
La figure 1 ne représente qu'un schéma de principe du dispositif selon l'invention monté en interrupteur. Figure 1 shows only a block diagram of the device according to the invention mounted as a switch.
Son fonctionnement dépend non seulement du type d'électro-aimant utilisé, mais aussi de la partie mécanique destinée à déplacer la portion médiane de la fibre 10. On peut en effet envisager le déplacement de cette portion médiane de fibre au moyen d'un système mécanique plus élaboré, de type bras de levier par exemple.Its operation depends not only on the type of electromagnet used, but also on the mechanical part intended to move the middle portion of the fiber 10. One can indeed envisage the displacement of this middle portion of fiber by means of a system more sophisticated mechanics, such as a lever arm.
De manière encore plus avantageuse, il est possible d'utiliser un électro-aimant bistable. Dans ce cas, une seule tension de fonctionnement permet d'activer la pièce 32. Cette tension n'est appliquée sur l'électro- aimant 30 qu'aux changements de position de la pièce 32, sous la forme d'une impulsion de courte durée. Les changements de position sont en fait activés soit par le front montant soit par le front descendant de l'impulsion, selon l'électro-aimant utilisé. Ce type d'électro-aimant bistable est très intéressant puisque la consommation en tension est très faible étant donné qu'elle n'a lieu qu'aux changements de positions de la pièce 32, c'est à dire aux changements de la valeur du rayon de courbure de la fibre optique 10. Even more advantageously, it is possible to use a bistable electromagnet. In this case, a single operating voltage makes it possible to activate the part 32. This voltage is applied to the electromagnet 30 only when the position of the part 32 changes, in the form of a short pulse. duration. The position changes are in fact activated either by the rising edge or by the falling edge of the pulse, depending on the electromagnet used. This type of bistable electromagnet is very interesting since the voltage consumption is very low since it takes place only at changes in the positions of the part 32, that is to say at changes in the value of the radius of curvature of the optical fiber 10.
Grâce à cet interrupteur optique, l'atténuation d'une onde se propageant dans la fibre optique 10 peut atteindre plusieurs dizaines de décibels (dB) selon la valeur du rayon de courbure Roff. Thanks to this optical switch, the attenuation of a wave propagating in the optical fiber 10 can reach several tens of decibels (dB) depending on the value of the radius of curvature Roff.
La valeur du rayon de courbure R,ff, permettant d'interrompre la propagation d'un signal optique, est cependant soumise à un compromis. En effet, pour préserver la durée de vie de la fibre optique 10 le plus longtemps possible, il est nécessaire que les contraintes, dues aux tensions mécaniques supplémentaires s'appliquant à la surface de la fibre lorsque celle-ci est courbée, soient les plus faibles possibles. En pratique, il faut donc que la valeur du rayon de courbure Roff soit bien supérieure à la valeur
Rlim de limite d'élasticité et de rupture de la fibre.The value of the radius of curvature R, ff, making it possible to interrupt the propagation of an optical signal, is however subject to a compromise. Indeed, to preserve the life of the optical fiber 10 as long as possible, it is necessary that the stresses, due to the additional mechanical stresses applying to the surface of the fiber when the latter is bent, be the most weak possible. In practice, therefore, the value of the radius of curvature Roff must be much greater than the value
Limit of elastic limit and breaking of the fiber.
Cette valeur Rlim dépend fortement de la nature de la gaine entourant le coeur de la fibre, mais elle est en général inférieure à 3 mm. Par ailleurs, la valeur du rayon de courbure critique Rc d'une fibre optique multimode est en général comprise entre 10 et 15 mm. This Rlim value strongly depends on the nature of the sheath surrounding the core of the fiber, but it is generally less than 3 mm. Furthermore, the value of the critical radius of curvature Rc of a multimode optical fiber is generally between 10 and 15 mm.
Par conséquent, la valeur du rayon de courbure Roff de la fibre, lorsque celle-ci est de type multimode, doit être comprise entre 3 et 10 mm, de préférence entre 7 et 10 mm, pour provoquer une interruption de la propagation d'un signal lumineux.Consequently, the value of the radius of curvature Roff of the fiber, when the latter is of the multimode type, must be between 3 and 10 mm, preferably between 7 and 10 mm, to cause an interruption in the propagation of a light signal.
En revanche, la valeur du rayon de courbure critique Rc d'une fibre optique monomode est en général comprise entre 7 et 12 mm. Par conséquent, la valeur du rayon de courbure Roff de la fibre, lorsque celle-ci est de type monomode, doit être comprise entre 3 et 7 mm, de préférence entre 4,5 et 7 mm pour provoquer une interruption de la propagation d'une onde lumineuse. On the other hand, the value of the critical radius of curvature Rc of a single-mode optical fiber is generally between 7 and 12 mm. Consequently, the value of the radius of curvature Roff of the fiber, when the latter is of the single-mode type, must be between 3 and 7 mm, preferably between 4.5 and 7 mm to cause an interruption in the propagation of a light wave.
De plus, lorsque la fibre optique 10 guide la propagation d'une onde lumineuse, la valeur de son rayon de courbure R on doit être supérieure à la valeur critique Rc. Elle est donc de préférence supérieure ou égale à 15 mm lorsqu'elle est de type multimode, et supérieure ou égale à 12 mm lorsqu'elle est de type monomode. In addition, when the optical fiber 10 guides the propagation of a light wave, the value of its radius of curvature R on must be greater than the critical value Rc. It is therefore preferably greater than or equal to 15 mm when it is of the multimode type, and greater than or equal to 12 mm when it is of the single-mode type.
L'utilisation d'un électro-aimant pour déplacer la fibre optique 10 n'est qu'un exemple de réalisation, d'autres types de moyens de commande électromécaniques peuvent être utilisés. Ainsi dans une variante de réalisation, on pourrait envisager d'utiliser un élément piézo-électrique. The use of an electromagnet to move the optical fiber 10 is only one embodiment, other types of electromechanical control means can be used. Thus in an alternative embodiment, one could consider using a piezoelectric element.
De manière avantageuse, le moyen de commande électromécanique est piloté par un micro-ordinateur utilisant un logiciel adapté. Advantageously, the electromechanical control means is controlled by a microcomputer using suitable software.
Selon une autre variante de réalisation, il est possible d'envisager la réalisation d'un interrupteur comportant plusieurs fibres optiques, décalées les unes par rapport aux autres, et autant de moyens de commande électromécaniques pour leur imposer à chacune un rayon de courbure particulier. According to another alternative embodiment, it is possible to envisage the production of a switch comprising several optical fibers, offset with respect to each other, and as many electromechanical control means to impose on them each a particular radius of curvature.
L'interrupteur selon l'invention est fabriqué selon une technique simple et peu coûteuse. Son fonctionnement ne nécessite pas une grande précision et sa fiabilité est élevée. Par ailleurs, une faible tension suffit à l'actionner. Enfin, il ne présente aucune sensibilité à la polarisation ni de pertes optiques intrinsèques. The switch according to the invention is manufactured according to a simple and inexpensive technique. Its operation does not require great precision and its reliability is high. Furthermore, a low voltage is enough to activate it. Finally, it has no sensitivity to polarization or intrinsic optical losses.
L'interrupteur selon l'invention peut en outre être appliqué à la fabrication d'autres composants optiques tels que des routeurs, des commutateurs, des coupleurs ou des répartiteurs par exemple. The switch according to the invention can also be applied to the manufacture of other optical components such as routers, switches, couplers or distributors for example.
La figure 2 représente un mode de réalisation d'un routeur comprenant des interrupteurs selon l'invention. FIG. 2 represents an embodiment of a router comprising switches according to the invention.
Ce routeur possède une entrée E1 et deux sorties S1 et Deux interrupteurs, schématisés par I1 et 12 sur la figure 2, sont nécessaires à sa réalisation. Ces deux interrupteurs I1 et I2 sont placés sur chaque branche d'une jonction Y à fibre 40. Lorsqu'une onde lumineuse se propage de l'entrée E1 vers la sortie S1, par exemple, le rayon de courbure de la fibre de l'interrupteur I1 est supérieur au rayon critique Rc.This router has an input E1 and two outputs S1 and Two switches, shown diagrammatically by I1 and 12 in FIG. 2, are necessary for its realization. These two switches I1 and I2 are placed on each branch of a fiber Y junction 40. When a light wave propagates from the input E1 to the output S1, for example, the radius of curvature of the fiber of the switch I1 is greater than the critical radius Rc.
Par contre, lorsque l'interrupteur I1 est ouvert, c'est à dire lorsqu'aucun signal optique ne peut se propager de l'entrée E1 vers la sortie S1, alors le rayon de courbure est inférieur au rayon critique Rc.On the other hand, when the switch I1 is open, that is to say when no optical signal can propagate from the input E1 towards the output S1, then the radius of curvature is less than the critical radius Rc.
L'interrupteur I2 fonctionne de la même manière pour permettre d'établir ou d'interrompre la propagation d'un signal lumineux entre l'entrée E1 et l'autre sortie
Le dispositif représenté sur la figure 2 permet non seulement de relier l'entrée E1 à la sortie S1 ou à la sortie S2 à la manière d'un commutateur, mais aussi de relier l'entrée E1 simultanément aux sorties S1 et S2 à la manière d'un coupleur. Par conséquent, grâce à deux interrupteurs I1, I2 selon l'invention, il est possible de réaliser un routeur, de manière simple, apte à assurer soit la fonction d'un commutateur soit celle d'un coupleur.The switch I2 works in the same way to establish or stop the propagation of a light signal between the input E1 and the other output
The device shown in FIG. 2 not only makes it possible to connect the input E1 to the output S1 or to the output S2 in the manner of a switch, but also to connect the input E1 simultaneously to the outputs S1 and S2 in the manner a coupler. Consequently, thanks to two switches I1, I2 according to the invention, it is possible to make a router, in a simple manner, capable of ensuring either the function of a switch or that of a coupler.
Par ailleurs un tel dispositif, fabriqué à partir d'interrupteurs, ne présente aucune perte d'alignement comme les commutateurs classiques. Les seules pertes optiques existantes sont dues à la jonction Y à fibre 40 et sont de l'ordre de 3dB. Furthermore, such a device, made from switches, does not exhibit any loss of alignment like conventional switches. The only existing optical losses are due to the Y junction at fiber 40 and are of the order of 3dB.
La figure 3 illustre un schéma de principe d'une autre variante de réalisation d'un coupleur à une entrée E1 et deux sorties S1, S2, à partir d'un interrupteur selon l'invention. Dans ce cas, l'interrupteur selon l'invention comporte deux fibres optiques 10 et 11 fixées sur chaque branche d'une jonction Y à fibre 40. Le moyen électromécanique de commande 30 est placé entre les deux fibres 10, 11 et permet de déplacer simultanément la portion médiane de chaque fibre 10, 11 de manière à faire varier leur rayon de courbure. FIG. 3 illustrates a block diagram of another alternative embodiment of a coupler with an input E1 and two outputs S1, S2, from a switch according to the invention. In this case, the switch according to the invention comprises two optical fibers 10 and 11 fixed on each branch of a fiber Y junction 40. The electromechanical control means 30 is placed between the two fibers 10, 11 and makes it possible to move simultaneously the middle portion of each fiber 10, 11 so as to vary their radius of curvature.
Ainsi, lorsque la pièce 32 se trouve dans une première position notée A sur la figure 3, les fibres 10 et 11 présentent un rayon de courbure Roff1, Roff2 inférieur au rayon de courbure critique Rc de manière à interrompre la propagation d'un signal entre l'entrée
E1 et les sorties S1 et S2. Par contre, lorsque la pièce 32 se trouve dans la position B les fibres 10 et 11 présentent un rayon de courbure Ronl, Ron2 supérieur au rayon de courbure critique Rc de manière à guider la propagation d'une onde lumineuse entre l'entrée E1 et les sorties S1 et S2. Dans ce cas, la pièce 32 du moyen électromécanique de commande se déplace selon un mouvement de va et vient et le dispositif de la figure 3 fonctionne en coupleur puisqu'il permet d'interrompre ou d'établir la propagation d'une onde de l'entrée E vers les deux sorties S1 et S2.Thus, when the part 32 is in a first position denoted A in FIG. 3, the fibers 10 and 11 have a radius of curvature Roff1, Roff2 less than the critical radius of curvature Rc so as to interrupt the propagation of a signal between the entrance
E1 and outputs S1 and S2. On the other hand, when the part 32 is in position B, the fibers 10 and 11 have a radius of curvature Ronl, Ron2 greater than the critical radius of curvature Rc so as to guide the propagation of a light wave between the input E1 and outputs S1 and S2. In this case, the part 32 of the electromechanical control means moves in a back and forth movement and the device of FIG. 3 operates as a coupler since it makes it possible to interrupt or establish the propagation of a wave of the input E to the two outputs S1 and S2.
La figure 4 illustre un schéma de principe d'une autre variante de réalisation d'un commutateur à une entrée E1 et deux sorties S1, S2, à partir d'un interrupteur selon l'invention. Dans ce cas aussi, l'interrupteur selon l'invention comporte deux fibres optiques 10 et 11 fixées sur chaque branche d'une jonction Y à fibre 40. Elles sont disposées symétriquement de part et d'autre du moyen de commande électromécanique 30. Le moyen de commande électromécanique 30 permet donc de déplacer simultanément la portion médiane de chaque fibre 10, 11 de manière à faire varier leur rayon de courbure. FIG. 4 illustrates a block diagram of another alternative embodiment of a switch with an input E1 and two outputs S1, S2, from a switch according to the invention. In this case too, the switch according to the invention comprises two optical fibers 10 and 11 fixed to each branch of a Y junction with fiber 40. They are arranged symmetrically on either side of the electromechanical control means 30. The electromechanical control means 30 therefore makes it possible to simultaneously move the middle portion of each fiber 10, 11 so as to vary their radius of curvature.
Ainsi, lorsque la pièce 32 se trouve dans une première position notée A sur la figure 4, la fibre 10 présente un rayon de courbure Roffl inférieur au rayon de courbure critique Rc de manière à interrompre la propagation d'un signal entre l'entrée E1 et la sortie tandis que l'autre fibre 11 présente un rayon de courbure Ron2 supérieur au rayon de courbure critique
Rc de manière à guider la propagation d'une onde lumineuse entre l'entrée E1 et la sortie
Réciproquement, lorsque la pièce 32 se trouve dans une deuxième position, le rayon de courbure de la fibre 10 sera Ron1 supérieur au rayon de courbure critique tandis que celui de la fibre 11 sera Roff2 inférieur au rayon de courbure critique, de manière à guider la propagation d'une onde de l'entrée E1 vers la sortie et à l'interrompre entre E1 et
Le dispositif de la figure 4 fonctionne donc en commutateur puisqu'il permet de guider la propagation d'une onde lumineuse soit de l'entrée E1 vers la sortie S1, soit de l'entrée E1 vers la sortie
On peut par ailleurs prévoir, dans une variante de réalisation, que la pièce 32 puisse prendre une troisième position, dite position de repos, pour laquelle les deux fibres optiques 10 et 11 seraient passantes. Dans ce cas, le commutateur est transformé en coupleur. Par conséquent, lorsque la pièce 32 peut prendre cette troisième position, le dispositif de la figure 4 est transformé en routeur apte à assurer soit la fonction d'un commutateur soit celle d'un coupleur. Thus, when the part 32 is in a first position denoted A in FIG. 4, the fiber 10 has a radius of curvature Roffl less than the critical radius of curvature Rc so as to interrupt the propagation of a signal between the input E1 and the output while the other fiber 11 has a radius of curvature Ron2 greater than the critical radius of curvature
Rc so as to guide the propagation of a light wave between the input E1 and the output
Conversely, when the part 32 is in a second position, the radius of curvature of the fiber 10 will be Ron1 greater than the critical radius of curvature while that of the fiber 11 will be Roff2 less than the critical radius of curvature, so as to guide the propagation of a wave from input E1 to output and to interrupt it between E1 and
The device of FIG. 4 therefore operates as a switch since it makes it possible to guide the propagation of a light wave either from the input E1 towards the output S1, or from the input E1 towards the output
One can also provide, in an alternative embodiment, that the part 32 can take a third position, called the rest position, for which the two optical fibers 10 and 11 would pass. In this case, the switch is transformed into a coupler. Consequently, when the part 32 can take this third position, the device of FIG. 4 is transformed into a router capable of ensuring either the function of a switch or that of a coupler.
Les dispositifs tels qu'illustrés sur les figures 2 à 4 peuvent ensuite être appliqués à la fabrication d'un répartiteur optique à deux entrées E1, E2, et deux sorties S1, S2 en structure arborescente, dont le schéma de principe est illustré sur la figure 5. The devices as illustrated in FIGS. 2 to 4 can then be applied to the manufacture of an optical distributor with two inputs E1, E2, and two outputs S1, S2 in tree structure, the schematic diagram of which is illustrated in the figure 5.
Dans ce cas, les pertes optiques sur chacun des chemins optiques sont très proches de 6 dB et sont uniquement dues aux deux jonctions Y 41 (et 42) en série. Il existe cependant d'autres pertes qui sont dues aux connexions entre les différents éléments du répartiteur, mais celles-ci sont négligeables par rapport aux pertes dues aux jonctions Y. In this case, the optical losses on each of the optical paths are very close to 6 dB and are only due to the two Y junctions 41 (and 42) in series. There are however other losses which are due to the connections between the various elements of the distributor, but these are negligible compared to the losses due to the Y junctions.
Les connexions entre les différents éléments du répartiteur sont réalisées soit au moyen de connecteurs soit au moyen d'épissures. Les épissures apparaissent être la solution préférée car leur coût de revient est faible, leur fiabilité est élevée et leurs pertes résiduelles sont inférieures au dixième de dB. Par ailleurs, la sensibilité à la polarisation d'un tel répartiteur, sur chacun des chemins optiques, est inférieure à 0,5 dB. De plus, sa bande passante est supérieure à la centaine de nanomètres et centrée autour de 1,55 Hm. Enfin le temps de commutation d'un tel répartiteur est au minimum de l'ordre de la milliseconde. The connections between the different elements of the distributor are made either by means of connectors or by means of splices. Splices appear to be the preferred solution because their cost is low, their reliability is high and their residual losses are less than a tenth of a dB. Furthermore, the sensitivity to polarization of such a distributor, on each of the optical paths, is less than 0.5 dB. In addition, its bandwidth is greater than a hundred nanometers and centered around 1.55 Hm. Finally, the switching time of such a distributor is at least of the order of a millisecond.
Un répartiteur optique à quatre entrées E1, E2, E3,
E4 et quatre sorties S1, S2, S3, S4, fabriqué selon le même principe et la même architecture que le précédent, est schématisé sur la figure 6. Un tel répartiteur comporte quatre coup leurs C1 à C4 à une entrée et quatre sorties, quatre coupleurs C5 à C8 à quatre entrées et une sortie et seize interrupteurs à une fibre optique. D'autre part, 40 moyens de raccordement, tels que des connecteurs ou des épissures par exemple, permettent de relier les différents éléments du répartiteur. Les pertes optiques théoriques sur chacun des chemins optiques sont de 12 dB. Elles peuvent avantageusement être compensées par l'ajout, sur chacune des quatre sorties S1 à S4, d'un amplificateur optique classique (A01 à A04). Le gain de chaque amplificateur doit alors être d'une quinzaine de dB pour obtenir un répartiteur optique à 4 entrées et 4 sorties sans pertes. Dans ce cas, 4 moyens de raccordement supplémentaires permettent d'assembler les amplificateurs optiques sur les sorties.An optical distributor with four inputs E1, E2, E3,
E4 and four outputs S1, S2, S3, S4, manufactured according to the same principle and the same architecture as the previous one, is shown diagrammatically in FIG. 6. Such a distributor comprises four shots their C1 to C4 at one input and four outputs, four couplers C5 to C8 with four inputs and one output and sixteen switches with one optical fiber. In addition, 40 connection means, such as connectors or splices for example, make it possible to connect the various elements of the distributor. The theoretical optical losses on each of the optical paths are 12 dB. They can advantageously be compensated for by the addition, on each of the four outputs S1 to S4, of a conventional optical amplifier (A01 to A04). The gain of each amplifier must then be around fifteen dB to obtain an optical distributor with 4 inputs and 4 outputs without losses. In this case, 4 additional connection means allow the optical amplifiers to be assembled on the outputs.
Il est également envisageable de réaliser un répartiteur à huit entrées et huit sorties comprenant huit coupleurs à une entrée et huit sorties, huit coupleurs à huit entrées et une sortie et 64 interrupteurs à une fibre optique. Par ailleurs, pour compenser les pertes optiques dues aux coupleurs, on prévoit de placer un amplificateur optique sur chacune des huit sorties. Dans ce cas, les pertes optiques sur chacun des chemins étant de l'ordre de 18 dB, le gain de chaque amplificateur doit être fixé à une vingtaine de dB pour obtenir un répartiteur sans pertes. It is also conceivable to produce a distributor with eight inputs and eight outputs comprising eight couplers with one input and eight outputs, eight couplers with eight inputs and one output and 64 switches with an optical fiber. Furthermore, to compensate for the optical losses due to the couplers, provision is made to place an optical amplifier on each of the eight outputs. In this case, the optical losses on each of the paths being of the order of 18 dB, the gain of each amplifier must be set at around twenty dB to obtain a lossless distributor.
De manière plus générale, un répartiteur optique à n entrées et n sorties en structure arborescente comprend 2n coupleurs, dont n coupleurs à une entrée et n sorties et n coupleurs à n entrées et une sortie, n2 interrupteurs optique lorsque ceux-ci ne comportent qu'une seule fibre et (2n + 2n2) moyens de raccordement permettant de relier les différents éléments du répartiteur entre eux, n étant un multiple de deux. Par ailleurs, on peut placer un amplificateur optique sur chacune des n sorties du répartiteur de manière à compenser les pertes optiques en dB qui sont égales, sur chacun des chemins optiques, à 10 * log (1/n). Dans ce cas, il faut en outre rajouter n moyens de raccordement supplémentaires. More generally, an optical distributor with n inputs and n outputs in a tree structure comprises 2n couplers, of which n couplers with one input and n outputs and n couplers with n inputs and one output, n2 optical switches when these comprise only '' a single fiber and (2n + 2n2) connection means allowing the different elements of the distributor to be connected together, n being a multiple of two. Furthermore, an optical amplifier can be placed on each of the n outputs of the distributor so as to compensate for the optical losses in dB which are equal, on each of the optical paths, to 10 * log (1 / n). In this case, it is also necessary to add n additional connection means.
Bien sûr les exemples de dispositifs optiques qui viennent d'être décrits ne sont pas exhaustifs. Les applications que peuvent avoir des interrupteurs optiques réalisés selon la présente invention sont en effet très nombreuses. Of course, the examples of optical devices which have just been described are not exhaustive. The applications that optical switches produced according to the present invention may have are very numerous indeed.
Claims (14)
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- 1996-10-24 FR FR9612995A patent/FR2755246B1/en not_active Expired - Fee Related
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FR2755246B1 (en) | 1998-12-24 |
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