FR2826133A1 - Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif électrooptique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un substrat optique (100) comportant un guide optique (110) et un cristal liquide nématique (200) placé contre celui-ci, dans lequel le cristal liquide (200) est scindé en deux zones actives séparées (210, 220) permettant de contrôler respectivement le couplage/ découplage d'une des deux polarisations TE ou TM d'un signal optique injecté dans le guide (110).
Description
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La présente invention concerne le domaine de la commutation de signaux optiques.
Plus précisément la présente invention s'applique préférentiellement à la commutation optique de signaux WDM (Multiplexage en longueur d'onde-Wavelength Division Multiplexing en anglais-) se propageant entre ports optiques, par exemple dans des fibres optiques.
La présente invention a pour objectif la conception d'un commutateur optique NxP, N et P étant des nombres entiers, N et P pouvant être égaux le cas échéant.
Depuis quelques années, l'apparition de signaux WDM dans les communications optiques a nécessité le développement de nouveaux composants optiques permettant le traitement de larges bandes spectrales.
Un des composants les plus critiques est le commutateur optique permettant de router les signaux optiques provenant de plusieurs ports ou fibres d'entrée vers différents ports ou fibres de sortie.
Ce routage était auparavant effectué par l'intermédiaire de convertisseurs opta-électroniques. Malheureusement, la conversion électronique ne permet de traiter qu'une seule longueur d'onde et est donc incompatible avec la transmission WDM (80 longueurs d'onde propagées aujourd'hui, 160 très prochainement).
Ceci a conduit de nombreux équipementiers spécialisés dans le domaine des télécommunications à développer des commutateurs toutoptique, c'est à dire des commutateurs dans lesquels le processus de commutation est entièrement optique.
Parmi ces commutateurs tout optique, les MEMS (Micro-electrical mechanical systems) ont indubitablement attiré le plus d'enthousiasme dans la communauté des télécommunications ([1] MEMS based Photonic Switching in Communications Networks, Dr Anis Husain, OFC 2001 Proceeding, Paper WX1-1). Leur principe de fonctionnement repose sur l'activation de micro-miroirs en silicium et permet de construire des matrices de commutation de toutes tailles (1x2 à 4000x4000 ports). Bien que leurs performances en matière de couplage, de pertes par insertion, de temps de commutation et de diaphonie, soient très bonnes, les MEMS souffrent d'une
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grande complexité technologique liée à la construction des micro-miroirs en silicium et de leur nombre important dans les matrices à grand nombre de ports.
D'autres technologies de commutation optique ont parallèlement été développées, comme la commutation thermo-optique, les commutateurs à bulle d'encre ou les commutateurs à cristaux liquides.
Les deux premières technologies citées utilisent des solutions en optique intégrée : les commutateurs thermo-optiques exploitent l'effet thermo-optique généré dans un interféromètre de Mach-Zehnder en optique planaire tandis que les commutateurs à bulle d'encre utilisent la réflexion totale provoquée par le chauffage local de bulles d'encre placées à l'intersection de plusieurs guides d'onde plans ([2] US-A-6 212 308). Bien que ces technologies présentent l'attrait d'utiliser des solutions tout intégrées optiquement, elles ne présentent généralement pas une bonne stabilité thermique et temporelle.
Les technologies cristal liquide actuellement développées utilisent la rotation de polarisation induite par la propagation des signaux optiques dans une cellule de cristal liquide ([3] US-A-6 134 358). Malheureusement, le fonctionnement de ces commutateurs nécessite un traitement séparé des différentes polarisations compliquant le dessin optique global du composant. Un second inconvénient est du au fait que la construction d'une matrice NxP à grand nombre de ports ne peut s'envisager qu'en utilisant plusieurs cellules de cristal liquide en cascade, impliquant une forte augmentation des pertes par insertion avec le nombre de ports de la matrice.
La présente invention a pour but de proposer de nouveaux moyens de commutation optique permettant en particulier de s'affranchir des inconvénients liés au traitement séparé des différentes polarisations.
Un but auxiliaire de la présente invention est de proposer des moyens permettant d'atténuer progressivement un signal optique de manière contrôlée, entre au moins un port d'entrée et un port de sortie.
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Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention, grâce à un dispositif électrooptique comprenant au moins un substrat optique comportant un guide optique et un cristal liquide nématique placé contre celui-ci, dans lequel le cristal liquide est scindé en deux zones actives séparées permettant de contrôler respectivement le couplage/découpiage d'une des deux polarisations TE ou TM d'un signal optique injecté dans le guide.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif électrooptique comprend deux substrats optiques plans comportant chacun un guide optique, et un cristal liquide nématique inséré entre ceux-ci, dans lequel le cristal liquide est scindé en deux zones actives séparées permettant de contrôler respectivement le couplage/découplage d'une des deux polarisations TE ou TM d'un signal optique injecté dans les guides.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le dispositif comprend deux paires d'électrodes associées respectivement à l'une des deux zones actives du cristal liquide, les électrodes de chaque paire étant disposées respectivement de part et d'autre du guide, et les orientations des électrodes étant orthogonales entre elles d'une paire à l'autre.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : . la figure 1 représente une vue schématique, en perspective, de la structure de base d'un dispositif conforme à la présente invention, . la figure 2 représente une vue similaire du dispositif, en position activée par application d'un champ électrique, . la figure 3 représente une vue en plan du substrat et illustre la position des zones actives de cristal liquide et du guide optique, . la figure 4 représente une vue schématique, en perspective, d'un commutateur conforme à la présente invention,
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. la figure 5 représente une vue en coupe transversale de ce commutateur, selon le plan de coupe référencé V-V sur la figure 4, en position activée du dispositif, . la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale du commutateur, à l'état de repos, . la figure 7 représente une vue en coupe longitudinale similaire du commutateur, à l'état activé, . la figure 8 représente une vue en coupe détaillée du dispositif, permettant de mettre en évidence une couche tampon (longueur de cohérence) du cristal liquide aux interfaces . la figure 9 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif, dans un état de commande propre à permettre un effet d'atténuation optique, et . les figures 10 et 11 représentent schématiquement deux exemples de réalisation de commutateurs conformes à la présente invention.
Le dispositif conforme à la présente invention est réalisé en optique intégrée et exploite la réorientation électrique d'un cristal liquide placé entre deux substrats
Le commutateur conforme à la présente invention est réalisé en optique intégrée et exploite la réorientation électrique d'un cristal liquide placé entre deux substrats plans.
Le commutateur conforme à la présente invention est réalisé en optique intégrée et exploite la réorientation électrique d'un cristal liquide placé entre deux substrats plans.
De préférence dans le cadre de la présente invention les ports d'entrée et de sortie sont matérialisés par des fibres optiques. Cependant en variante, les ports d'entrée peuvent être formés de tout émetteur optique équivalent ; de manière similaire, les ports de sortie peuvent être formés de tout récepteur optique équivalent.
On va tout d'abord décrire la structure de base du dispositif électrooptique conforme à la présente invention illustré sur les figures 1 à 3.
Cette structure de base comprend : . un substrat plan 100, possédant un guide d'onde optique 110, . un matériau cristal liquide nématique 200 placé contre le substrat 100, sous forme de deux zones actives séparées 210,220, et
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. au moins une paire d'électrodes 310, 312 ; 320, 322 associées à chaque zone active 210, 220 du cristal liquide 200 et disposées respectivement de part et d'autre de chacune de ces zones selon une orientation propre à traiter respectivement les polarisations linéaires TE et TM.
Le descriptif qui suit sera opéré en référence à un repère orthonormé en x, y, z d'origine 0 dans lequel l'axe Ox s'étend perpendiculairement au plan moyen du substrat 100, l'axe Oy s'étend parallèlement au substrat 100 et perpendiculairement à la direction longitudinale du guide d'onde optique 110 et l'axe Oz s'étend parallèlement au substrat 100 et parallèlement au guide d'onde optique 110.
Selon la représentation donnée sur la figure 1 annexée, le guide d'onde 110 est rectiligne selon l'axe Oz. Il affleure l'une des surfaces principales 102 du substrat 100. Le guide 110 définit un port d'entrée 112 à l'une de ses extrémités et un port de sortie 114 à l'autre extrémité (cette définition de port d'entrée 112 et de port de sortie 114 est cependant arbitraire dans la mesure ou le dispositif est symétrique et par conséquent chacun des ports 112, 114 peut être alternativement port d'entrée ou de sortie).
Le guide d'onde optique 110 implanté dans le substrat plan 100 est fabriqué de manière à ne supporter que les deux modes fondamentaux TEC et TMO. Ces modes sont polarisés selon les directions respectives Oy et Ox comme indiqué sur la Figure 1.
Ainsi de préférence le guide d'onde 110 possède une section droite quadrangulaire, carrée ou rectangulaire, dont les facettes sont respectivement parallèles et perpendiculaires aux axes Oy et Oz et aux faces principales du substrat 100.
Le substrat 100 et le guide d'onde 110 sont avantageusement réalisés à base de silice ou de matériau polymère.
Le cristal liquide nématique 200 possède un indice ordinaire no inférieur à l'indice ng du guide d'onde optique 110 et un indice extraordinaire ne supérieur à ng.
L'ancrage du cristal liquide 200 sur la plaque 100 et sur la plaque d'interface placée en regard (non représentée sur la figure 1 pour simplifier
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l'illustration) doit être faible, de manière à minimiser la perturbation apportée par la couche tampon du cristal liquide aux interfaces lorsqu'un champ électrique élevé, mais inférieur au champ électrique de cassure, est appliqué, ou de manière à diminuer la valeur du champ électrique appliqué lorsqu'on casse l'ancrage, ceci lorsqu'une tension adéquate est appliquée entre les paires d'électrodes 310,312 ; 320,322.
Les deux zones actives 210,220 de cristal liquide nématique sont placées en regard du guide 110. Elles sont séparées, selon la direction Oz, par une zone non active 230. Comme on le voit sur les figures 1 à 3 annexées, les zones actives 210,220 ont une largeur, selon l'axe Oy, supérieure à celle du guide 110.
Chaque zone active 210,220 de cristal liquide a typiquement, dans le plan zOy une section droite quadrangulaire.
Les deux électrodes 310,312 associées à la zone 210 sont disposées respectivement de part et d'autre du cristal liquide selon l'axe Ox.
En l'absence de tension électrique entre ces électrodes 310,312, les molécules du cristal liquide 210 sont orientées parallèlement au guide d'onde 110 selon l'axe Oz, comme on l'a illustré schématiquement sur la figure 1. Au contraire lorsqu'une tension adéquate est appliquée entre les électrodes 310,312, les molécules de cristal liquide 210 situées entre celles-ci s'orientent perpendiculairement à la direction d'élongation du guide 110, selon l'axe Ox, comme on l'a illustré schématiquement sur la figure 2.
Ainsi l'application d'une tension entre les électrodes 310,312 permet de découpler la composante de polarisation TM du signal injecté dans le guide 110.
En pratique les deux électrodes 310 et 312 peuvent être supportées respectivement sur les surfaces externes de la plaque 100 et de la plaque de confinement placée en regard.
Les deux électrodes 320,322 associées à la zone 220 sont disposées respectivement de part et d'autre du cristal liquide selon l'axe Oy.
En l'absence de tension électrique entre ces électrodes 320,322, les molécules du cristal liquide 220 sont orientées parallèlement au guide d'onde selon l'axe Oz, comme on l'a illustré schématiquement sur la figure
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1. Au contraire lorsqu'une tension adéquate est appliquée entre les électrodes 320,322, les molécules de cristal liquide 220 situées entre celles-ci s'orientent perpendiculairement à la direction d'élongation du guide 110, selon l'axe Oy, comme on l'a illustré schématiquement sur la figure 2.
Ainsi l'application d'une tension entre les électrodes 320,322 permet de découpler la composante de polarisation TE du signal injecté dans le guide 110.
En pratique les deux électrodes 320 et 322 peuvent être supportées directement par la plaque 100.
Chaque zone active 210,220 de cristal liquide permet ainsi de coupler ou découpler soit le mode TMO soit le mode TEC du port d'entrée 112 vers le port de sortie 114 situé en sortie du guide d'onde optique 110, ou inversement.
En effet en absence de tension appliquée entre les électrodes 310 et 312 ou 320 et 322, le signal optique injecté sur l'un des ports 112 ou 114 se retrouve intégralement sur le port 114 ou 112 situé à l'autre extrémité du guide 110. Par contre en présence d'un champ électrique adéquat, le signal appliqué en entrée du guide 110 est découplé et par conséquent ne se retrouve pas en sortie.
A titre d'exemple non limitatif : les pertes par insertion du coupleur 2x2 sont de l'ordre de 0,5 à 1 dB, la largeur du guide 110, selon l'axe Oy, est de l'ordre de 4 à 8 m, l'épaisseur du guide 110, selon l'axe Ox est de l'ordre de 2 à 4 n. m, . l'épaisseur de cristal liquide 200, entre la plaque 100 et la plaque de confinement placée en regard est de l'ordre de 2 à 6 m, . la longueur de chaque zone active 210,220 de cristal liquide, considérée, selon l'axe Oz est de l'ordre de 50 à 100 Mm, . chaque zone active 210,220 de cristal liquide possède une largeur selon l'axe Oy supérieure à la largeur du guide 110 de l'ordre de 10 m, et . le champ électrique appliqué entre les électrodes 310,312 et 320,322 est de l'ordre de 3 à 10V/m.
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On va maintenant décrire en regard des figures 4 à 7, la structure de base d'un commutateur optique conforme à la présente invention de configuration 2x2, c'est à dire possédant deux entrées et deux sorties, le signal présent sur chacune des deux entrées pouvant alternativement être envoyé vers l'une choisie des deux sorties.
Bien entendu un tel dispositif peut être utilisé en tant que commutateut 1x2 si une seule entrée du dispositif est mise en oeuvre, la structure du dispositif restant pour le reste identique aux moyens qui vont être décrits par la suite.
La matrice 2x2 est fabriquée en utilisant deux substrats plans 100, 400 symétriques par rapport au plan yOz. Chaque substrat 100, 400 possède un guide d'onde optique plan 110, 410 implanté. Les deux guides 110, 410 sont comparables au guide 110 précédemment décrit. Les deux substrats plans 100, 400 sont placés l'un au dessus de l'autre, les deux guides 110, 410 étant parallèles et superposés, de manière à constituer un coupleur vertical. Les deux guides 110, 410 sont ainsi séparés par un milieu cristal liquide 200.
On retrouve par ailleurs dans ce dispositif le cristal liquide 200 scindé en deux zones actives 210, 220 espacées selon l'axe Oz le long des guides 110 et 410 et deux paires d'électrodes 310, 312 et 320, 322.
Les électrodes 310, 312 espacées selon l'axe Ox et disposées respectivement de part et d'autre de la zone 210, sont avantageusement portées respectivement par la surface externe des plaques 100 et 400, comme on le voit sur la figure 4, pour l'électrode 310.
Les électrodes 320 et 322 espacées selon l'axe Oy et disposées respectivement de part et d'autre de la zone 220, sont avantageusement portées par les surfaces internes des plaques 100 et 400.
En pratique les électrodes 320 et 322 peuvent avoir une épaisseur égale à l'intervalle séparant les deux plaques 100 et 400, ou encore être scindées en deux groupes d'épaisseur inférieure à cet intervalle, respectivement adjacents à chaque plaque 100, 400 et séparés par une entretoise.
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Les deux signaux d'entrée sont injectés dans les deux guides d'onde 110,410 insérés dans les substrats plans 100,400, par exemple au niveau de ports d'entrée référencés 112 et 412 sur les figures annexées.
Le choix d'un cristal liquide 200 dont l'indice ordinaire no est inférieur à l'indice ng des guides d'onde optiques 110,410 et dont l'indice extraordinaire ne est supérieur à ng permet de coupler une des polarisations linéaires TE ou TM des voies 112 et 412 vers les voies de sortie opposées 114 et 414 en utilisant une zone active de cristal liquide.
Deux états (actif et non actif) sont associés à chaque zone active 210,220 de cristal liquide, selon qu'un champ électrique externe est appliqué ou non à cette zone de cristal liquide, par l'intermédiaire des électrodes 310,312, 320,322.
En l'absence de champ électrique (état non actif), l'ancrage des cristaux liquides à l'interface avec les substrats 100,400 détermine l'orientation du cristal liquide dans le volume. Les molécules du cristal liquide sont alors orientées parallèlement à l'axe Oz et à la direction longitudinale des guides 110,410, comme on le voit sur la figure 6.
En présence d'un champ électrique (état actif), l'orientation du cristal liquide dans le volume est dictée par la direction du champ électrique appliqué entre les électrodes 310,312 et 320,322.
Ainsi en présence d'un tel champ, dans la zone 210, entre les électrodes 310 et 312, le cristal liquide s'oriente selon l'axe Ox, comme illustré sur les figures 5 et 7, tandis que dans la zone 220, entre les électrodes 320 et 322, le cristal liquide s'oriente selon l'axe Oy, comme illustré sur la figure 7.
De manière à coupler la totalité des signaux optiques injectés sur les entrées 112 et 412 vers les sorties 114 et 414, il est indispensable de coupler les deux polarisations TE et TM. Pour ce faire, dans le cadre de l'invention, on utilise deux zones actives 210,220 de cristal liquide, séparées par une distance non active 230. Le choix de l'alignement du cristal liquide ainsi que la direction du champ électrique appliqué permettent de définir deux zones de cristal liquide traitant successivement la polarisation TE et la polarisation TM.
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La réalisation pratique des deux zones actives 210,220 de cristal liquide nécessite en premier lieu l'implantation des électrodes 310,312 ; 320,322 de manière à réorienter électriquement le cristal liquide nématique dans ces zones. Les électrodes 320,322 sont implantées latéralement sur les substrats plans 100,400 dans le cas de la zone active 220 traitant la polarisation TE, de part et d'autre de chaque guide d'onde optique 110,410. Cette géométrie d'électrodes permet d'obtenir un champ électrique suivant la direction Oy donc de réorienter le cristal liquide suivant cette direction.
Dans le cas de la zone active 220 traitant la polarisation TM, les électrodes 320,322 sont implantées sous les guides d'onde optiques 110,410 de manière à produire un champ électrique suivant la direction Ox.
Dans le cas de la zone active 220 traitant la polarisation TM, les électrodes 320,322 sont implantées sous les guides d'onde optiques 110,410 de manière à produire un champ électrique suivant la direction Ox.
Le confinement du cristal liquide 200 peut être réalisé au moins de deux façons. La première façon consiste à remplir l'épaisseur séparant les deux substrats plans 100,400 de cristal liquide 200. Dans ce cas, des contre électrodes délimitent la frontière entre les zones actives 210,220 et non actives 230 de cristal liquide. La seconde façon consiste à utiliser un milieu d'indice inférieur à celui des guides d'onde optiques 110,410, ce milieu délimitant les zones actives 210,220 de cristal liquide.
De façon à optimiser le couplage et minimiser les pertes du commutateur 2x2, les guides d'onde optiques plans 110,410 fabriqués dans les substrats plans 100,400 ne peuvent propager que les modes fondamentaux TEo et TMo. Ainsi, toute polarisation incidente entrant dans les voies 112 et 412 du commutateur peut se propager sans perte dans le commutateur. Les modes TEo et TMo étant des modes normaux, le couplage d'un de ces modes dans l'une des zones 210,220 de cristal liquide active n'influence aucunement l'autre mode propagé. Il est ainsi tout à fait possible de coupler le mode TEo sans perturber la propagation du mode TMo dans une zone active de cristal liquide et vice-versa.
Le mode de fonctionnement du commutateur 2x2 conforme à la présente invention est parfaitement symétrique par rapport aux voies d'entrée 112,412 et aux voies de sortie 114,414. Cela signifie que les signaux optiques injectés respectivement sur les entrées 112 et 412 ne peuvent être commutés vers le même port de sortie. Ainsi, par exemple, si
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le signal d'entrée injecté sur l'entrée 112 est aiguillé vers le port de sortie 114, le signal d'entrée injecté sur l'entrée 412 est obligatoirement aiguillé vers le port de sortie 414.
De manière à minimiser les pertes résiduelles par croisement (pertes résiduelles par diaphonie) du commutateur 2x2, il faut impérativement réduire au maximum la dépolarisation des modes TEo et TMo lors de la traversée des signaux optiques des deux zones actives de cristal liquide
210,220. En effet, toute dépolarisation équivaut à une perte par couplage vers le mauvais port de sortie, dans un dispositif du type conforme à la présente invention, comprenant deux zones actives en série. Il est par conséquent premièrement primordial de choisir une géométrie des zones actives 210,220 de cristal liquide (directions d'alignement, de réorientation du cristal liquide) qui soit compatible avec les directions propres de polarisation TE et TM. En second lieu, un choix adéquat de l'énergie d'ancrage du cristal liquide s'impose. Il existe en effet généralement une couche tampon dans laquelle le cristal liquide se réoriente progressivement sous l'application d'un champ électrique externe. Une telle couche tampon est illustrée schématiquement sur la figure 8. L'épaisseur de cette couche tampon (longueur de cohérence) ainsi que ses caractéristiques optiques dépendent essentiellement de la force de l'ancrage du cristal liquide sur les substrats plans. La manière la plus efficace pour minimiser son influence sur le couplage et donc minimiser la dépolarisation dans le commutateur de l'invention consiste à utiliser un ancrage faible aussi bien zénithalement qu'azimutalement sur les substrats plans 100 et 400. L'énergie de cet ancrage faible est choisie de manière à conserver un temps de réponse acceptable du cristal liquide (t < 20 ms).
210,220. En effet, toute dépolarisation équivaut à une perte par couplage vers le mauvais port de sortie, dans un dispositif du type conforme à la présente invention, comprenant deux zones actives en série. Il est par conséquent premièrement primordial de choisir une géométrie des zones actives 210,220 de cristal liquide (directions d'alignement, de réorientation du cristal liquide) qui soit compatible avec les directions propres de polarisation TE et TM. En second lieu, un choix adéquat de l'énergie d'ancrage du cristal liquide s'impose. Il existe en effet généralement une couche tampon dans laquelle le cristal liquide se réoriente progressivement sous l'application d'un champ électrique externe. Une telle couche tampon est illustrée schématiquement sur la figure 8. L'épaisseur de cette couche tampon (longueur de cohérence) ainsi que ses caractéristiques optiques dépendent essentiellement de la force de l'ancrage du cristal liquide sur les substrats plans. La manière la plus efficace pour minimiser son influence sur le couplage et donc minimiser la dépolarisation dans le commutateur de l'invention consiste à utiliser un ancrage faible aussi bien zénithalement qu'azimutalement sur les substrats plans 100 et 400. L'énergie de cet ancrage faible est choisie de manière à conserver un temps de réponse acceptable du cristal liquide (t < 20 ms).
On a décrit précédemment une structure adaptée pour assurer une commutation tout ou rien de signaux optiques entre des ports d'entrée et des ports de sortie, par commutation de l'orientation des molécules de cristaux liquides entre une orientation au repos selon l'axe Oz et des orientations sous tension selon l'axe Oy et respectivement l'axe Ox.
En appliquant cependant entre les électrodes 310,312 et 320,322 une tension inférieure à la tension requise pour assurer cette commutation
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tout ou rien, on obtient seulement une inclinaison des molécules, à partir de l'axe Oz respectivement vers les axes Oy et Ox. Dans ce cas les signaux d'entrée ne sont pas intégralement transférés vers les sorties mais seulement atténués.
L'amplitude de la tension appliquée entre les électrodes 310,312 et 320,322 permet ainsi de contrôler l'atténuation des signaux optiques entre 0 et 100%.
On a schématisé sur la figure 9 une géométrie intermédiaire de cristal liquide obtenue avec une amplitude de tension ainsi contrôlée, propre à permettre l'obtention d'un effet d'atténuation.
La présente invention n'est pas limitée à la réalisation d'une matrice de commutation ou d'atténuation de configuration 2x2. Elle s'étend à toutes configurations de type NxN ou plus généralement de type NxP.
Des exemples de commutateurs NxN sont illustrés sur les figures 10 et 11.
La construction d'une matrice de commutation NxN ou NxP à grand nombre de ports s'effectue de manière similaire à la construction de matrices 2x2.
De tels commutateurs NxN comprennent deux substrats plans 100, 400 comportant plusieurs guides d'onde 110,410, identiques à ceux utilisés dans les commutateurs 2x2. Certains tronçons des guides 110,410 prévus sur les deux substrats 100,400 sont placés en regard. Ces tronçons sont séparés par deux zones actives de cristaux liquides 210 et 220, associées chacune à une paire d'électrodes 310,312 et 320,322.
La jonction entre les différents guides d'onde, au niveau des tronçons précités, est réalisée de préférence en utilisant des guides d'onde courbés supportant uniquement les modes fondamentaux TEo et TMo.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les commutateurs ainsi réalisés comportent avantageusement N (N-1)/2 commutateurs élémentaires 2x2 reliés entre eux.
Sur les figures 10 et 11 on a illustré de manière non limitative deux exemples de réalisation de commutateurs NxN. Sur ces figures l'un 100 des substrats et les guides 110 associés sont illustrés en traits continus. Au
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contraire l'autre substrat 400 et ses guides associés 410 sont esquissés en traits interrompus.
La figure 10 montre un exemple de commutateur 4x4 (soit 4 ports d'entrée et 4 ports de sortie) dans lequel il est prévu six zones de commutation 200.
La figure 11 montre un exemple de commutateur 6x6 (soit 6 ports d'entrée et 6 ports de sortie) dans lequel il est prévu 15 zones de commutation 200.
Les illustrations et configurations représentées sur les figures 10 et 11 ne sont pas limitatives.
Selon ces figures, les N guides 110,410 sont prévus alternativement sur les deux substrats 100,400. Et pour les guides de rang 1 à N-1, le guide de rang i est couplé par (i-1) commutateur (s) à un premier guide de l'autre substrat et par i commutateur (s) à un second guide dudit autre substrat.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes de réalisation conformes à son esprit.
Le descriptif qui précède concerne des matériaux cristaux liquides d'anisotropie diélectrique positive, pour lesquels les molécules du cristal liquide s'orientent parallèlement au champ électrique appliqué.
L'homme de l'art pourra aisément adapter l'orientation des électrodes 310,312, et 320,322 dans le cas de cristaux liquides d'anisotropie diélectrique négative, pour obtenir l'atténuation ou la commutation recherchée, étant rappelé que dans ce cas les molécules du cristal liquide s'orientent perpendiculairement au champ électrique appliqué.
Claims (18)
1. Dispositif électrooptique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un substrat optique (100) comportant un guide optique (110) et un cristal liquide nématique (200) placé contre celui-ci, dans lequel le cristal liquide (200) est scindé en deux zones actives séparées (210,220) permettant de contrôler respectivement le couplage/découplage d'une des deux polarisations TE ou TM d'un signal optique injecté dans le guide (110).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend deux substrats optiques plans (100,400) comportant chacun au moins un guide optique (110,410), et un cristal liquide nématique (200) inséré entre ceux-ci, dans lequel le cristal liquide (200) est scindé en deux zones actives séparées (210,220) permettant de contrôler respectivement le couplage/découplage d'une des deux polarisations TE ou TM d'un signal optique injecté dans les guides (110,410).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend deux paires d'électrodes (310,312 ; 320,322) associées respectivement à l'une des deux zones actives (210,220) du cristal liquide, les électrodes (310,312 ; 320, 322) de chaque paire étant disposées respectivement de part et d'autre du guide (110,410), et les orientations des électrodes (310,312 ; 320, 322) étant orthogonales entre elles d'une paire à l'autre.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le guide d'onde (110) est rectiligne et affleure l'une des surfaces principales (102) du substrat (100).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le guide d'onde (110) possède une section droite quadrangulaire, carrée ou rectangulaire, dont les facettes sont respectivement parallèles et perpendiculaires aux faces principales du substrat (100), de manière à ne propager que les modes fondamentaux TEo et TMo.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique (200) possède un indice ordinaire no
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inférieur à l'indice ng du guide d'onde optique (110) et un indice extraordinaire ne supérieur à l'indice ng du guide optique (110).
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'ancrage du cristal liquide (200) sur la plaque (100) est faible.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le confinement du cristal liquide (200) est réalisé à l'aide de contre électrodes délimitant la frontière entre les zones actives (210,220) et non actives (230) de cristal liquide.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le confinement du cristal liquide (200) est réalisé à l'aide d'un milieu d'indice inférieur à celui du guide d'onde optique (110,410) qui délimite la frontière des zones actives (210,220) de cristal liquide.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend deux substrats (100,400) possédant chacun un guide optique (110,410) définissant l'un un port d'entrée (112) et un port de sortie (114), l'autre au moins un port de sortie (414), correspondant à une configuration 1x2.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend deux substrats (100,400) possédant chacun un guide optique (110,410) définissant chacun un port d'entrée (112,412) et un port de sortie (114,414) correspondant à une configuration 2x2.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend deux substrats (100,400) dont l'un au moins possède plusieurs guides optiques (110,410) définissant chacun un port d'entrée (112,412) et un port de sortie (114,414), correspondant à une configuration NxP.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les deux substrats (100,400) définissent N (N-1)/2 commutateurs.
14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé par le fait que certains au moins des guides d'onde (110,410) possèdent des tronçons courbés.
15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé par le fait que certains tronçons des guides (110,410) prévus sur les deux
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substrats (100,400) sont placés en regard, ces tronçons étant séparés par deux zones actives de cristaux liquides (210,220), associées chacune à une paire d'électrodes (310,312 et 320,322).
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer entre des électrodes (310, 312,320, 322) associées aux zones actives (210,220) du cristal liquide, une tension électrique suffisante soit pour réorienter le cristal liquide, soit pour casser l'ancrage du cristal liquide, afin de former un commutateur optique.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer entre des électrodes (310, 312,320, 322) associées aux zones actives (210,220) du cristal liquide, une tension propre à contrôler l'orientation du cristal liquide, afin de former un atténuateur optique.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend N guides (110,410) prévus alternativement sur deux substrats (100,400), pour les guides de rang 1 à N-1, le guide de rang i étant couplé par (i-1) commutateur (s) à un premier guide de l'autre substrat et par i commutateur (s) à un second guide dudit autre substrat.
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