FR2827394A1 - Filtre commandable en longueur d'onde a commutation rapide - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un filtre commandable en longueur d'onde, à commutation rapide, et s'applique en particulier aux composants DWDM pour les réseaux denses de communication basés sur le multiplexage en longueurs d'onde optiques.Selon un exemple, le filtre (40) selon l'invention comprend :- une matrice de polymère (41) dont une partie au moins (42) présente un effet électro-optique, la matrice présentant en outre une structure périodique permanente de période spatiale (A) prédéterminée en fonction de la longueur d'onde de filtrage (lambda0 ) du filtre,- des moyens d'application (44) d'une tension électrique sur au moins une zone de la matrice et des moyens de commande de ladite tension tels que la tension appliquée génère sur la partie électro-optique de la matrice une variation d'indice électro-optique (DELTAnEO ) rendant ladite structure de la matrice diffractive ou transparente à ladite longueur d'onde de filtrage (lambda0 ) afin de commander la commutation du filtre.

Description

formée par la carcasse (3) et la tête de mesurage (4).

FILTRE COMMANDABLE EN LONGUEUR D'ONDE A COMMUTATION

RAPIDE

La présente invention concerne un filtre commandable en longueur d'onde, à commutation rapide, et s'applique en particulier aux composants DWDM (selon l'abréviation anglo-saxonne << Dense Wavelength Division Multiplexing >) pour les réseaux denses de communication basés

sur le multiplexage en longueurs d'onde optiques.

La technologie du multiplexage dense en longueurs d'onde (ou o DWDM) consiste à injecter dans une même fibre optique plusieurs signaux optiques (ou canaux) de même fréquence de modulation mais de longueurs d'onde différentes. La figure 1 représente un schéma d'un exemple de réseau WDM en anneau avec plusieurs canaux notés CAN,, CAN2, CAN3, CAN4 et correspondant chacun à une longueur d'onde. Un des avantages de s cette technologie réside dans sa flexibilité, c'est-à-dire la possibilité pour l'opérateur d'ajouter, ou de retirer, une longueur d'onde dans le flux DWDM en fonction des besoins. Cette flexibilité est assurée notamment par des composants appelés multiplexeurs à insertion/extraction de longueurs d'ondes (ou << OADM,> selon l'expression anglo-saxonne << Optical Add-drop Multiplexer >). Sur le réseau WDM de la figure 1, ces composants, notés respectivement OADM, OADM2, OADM3, et OADM4 représentent des n_ubs de routage du réseau optique qui doivent permettre d'extraire certaines longueurs d'onde de la fibre et de laisser passer d'autres longueurs d'onde. Parmi les composants OADM les plus sélectifs, on peut citer les 2 composants comprenant des filtres de type réseaux de Bragg inscrits dans le c_ur de la fibre. Généré via un procédé laser créant une modulation d'indice de réfraction directement dans la silice constituant le c_ur de la fibre optique, le réseau de Bragg agit comme un miroir sélectif qui réfléchit une longueur d'onde déterminée par les caractéristiques du réseau alors que les autres longueurs d'onde du peigne continuent leur propagation dans la fibre optique. Le réseau de Bragg peut filtrer des canaux distincts de 50 GHz, le

rendant adapté au multiplexage dense.

Outre leur efficacité et leur sélectivité, les composants OADM nécessitent de pouvoir modifier à tout moment les longueurs d'onde extraites 3s eVou insérces afin d'obtenir un réseau flexible et reconfigurable. Ce contrôle se fait dans les réseaux de Bragg thermiquement, ou mécaniquement, en générant par un dispositif piézoélectrique une modification de l'épaisseur optique des strates du réseau, qui entrane un décalage de la bande

passante du filtre en dehors du peigne de longueurs d'onde à transmettre.

Cependant, la commutation contrôlée mécaniquement ou thermiquement dans les filtres de type réseaux de Bragg de l'art antérieur n'est pas toujours ni assez rapide ni assez précise en positionnement de longueur d'onde, ce qui se traduit par un risque d'atténuation de la longueur d'onde que l'on veut transmettre. D'autre part, des phénomènes d'hystérésis dans le contrôle mécanique ou thermique peuvent entraner des dérives dans le

o fonctionnement du filtre.

L'invention propose un filtre commandable en longueur d'onde, à commutation rapide et de grande précision, basé sur l'utilisation d'une matrice de polymère électro-optique commandée par l'application d'une

tension électrique.

Plus précisément, I'invention propose un filtre commandable en longueur d'onde à commutation rapide, pour filtrage à une longueur d'onde donnée, caractérisé en ce qu'il comprend: - une matrice de polymère dont une partie au moins présente un effet électro-optique, la matrice présentant en outre une structure périodique zo permanente de période spatiale prédéterminée en fonction de ladite longueur d'onde de filtrage, - des moyens d'application d'une tension électrique sur au moins une zone de la matrice et des moyens de commande de ladite tension tels que la tension appliquée génère sur la partie électro-optique de la matrice une variation d'indice électro-optique (AnEO) rendant ladite structure de la matrice diffractive ou transparente à ladite longueur d'onde de filtrage (70)

afin de commander la commutation du filtre.

Selon un premier exemple de réalisation, la matrice de polymère présente un effet électro-optique sensiblement homogène dans toute la o matrice, la structure périodique permanente est formée par une modulation de l'indice de réfraction pré-enregistrée dans la matrice de polymère, formant un réseau diffractif à la longueur d'onde de filtrage \0 avec une bande spectrale 6\ donnée et les moyens de commande permettent la commutation du filtre à ladite longueur d'onde de filtrage, par génération d'une variation d'indice électro-optique AnEO sensiblement homogène dans toute la matrice, résultant en un déplacement de ladite bande spectrale 6\ par rapport à la

longueur d'onde de filtrage \0.

Selon un second exemple de réalisation, la structure périodique permanente de la matrice de polymère est formée d'une alternance périodique de régions présentant un effet électro-optique et de régions ne présentant pas d'effet électro-optique, lesUites régions formant un ensemble de bandes d'épaisseurs sensiblement égales et les moyens de commande permettent la commutation du filtre à ladite longueur d'onde de filtrage par génération d'une variation d'indice électro-optique AnEO dans lesdites régions o électro-optiques de la matrice, résultant en la formation d'un réseau diffractif

à ladite longueur d'onde de filtrage \0.

Selon un troisième exemple de réalisation, la matrice de polymère est formée de deux parties jointives avec dans chacune d'elle une structure périodique permanente formée d'un réseau d'indice pré-enregistré et formant deux miroirs sélectifs de Bragg sensiblement identiques, diffractifs dans une bande spectrale large donnée contenant la longueur d'onde de filtrage \0, I'une des parties présentant un effet électrooptique, et les moyens de commande permettent la commotation du filtre à ladite longueur d'onde de filtrage par génération d'une variation d'indice dans ladite partie électro optique entranant un déphasage de en réflexion à ladite longueur d'onde entre les deux structures périodiques, la matrice devenant sélectivement

transparente à cette longueur d'onde.

Les différents exemples de réalisation de filtres commandables selon l'invention constituent des solutions pour réaliser des multiplexeurs actifs à extraction/insertion de longueurs d'onde réalisant une fonction de filtrage à taux d'extinction contrôlable, ajustés par simple application d'une tension électrique, ce qui permet de réfléchir entièrement une longueur

d'onde ou de la laisser passer sans perte.

L'effet électro-optique est avantageusement obtenu grâce au o dopage d'une matrice de polymère avec des chromophores orientés ou dans des matériaux composites du type cristaux liquides nano-gouttes dispersés en matrice polymère, qui présentent des variations d'indice importantes, compatibles de faibles longueurs d'interaction, permettant ainsi en outre de

limiter les effets de dispersion chromatique.

D'autres avantages et caractéristiques apparatront plus

clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures

annexées qui représentent: - La figure 1, le schéma d'un réseau WDM en anneau (déjà décrite); - Les figures 2A et 2B, les schémas représentant un exemple de réalisation d'un filtre accordable selon l'invention respectivement en espace libre et en optique guidée; - La figure 3, un schéma illustrant le fonctionnement du filtre o décrit à partir des figures 2A et 2B; - Les figures 4A et 4B, les schémas représentant selon deux vues un second exemple de réalisation d'un filtre commutable selon l'invention; - La figure 5, le schéma d'une variante de réalisation d'un filtre commutable selon l'invention tel que décrit à partir des figures 4A et 4B; - Les figures 6A, 6B et 6C, les schémas d'un troisième exemple de réalisation d'un filtre commutable selon l'invention, selon

différents modes de fonctionnement.

Les figures 2A et 2B représentent un premier exemple de réalisation d'un filtre commandable 20 à commutation rapide selon l'invention, à une longueur d'onde de filtrage (10) donnée, par exemple pour réaliser un composant de type OADM. La figure 2A illustre la réalisation d'un 2 tel filtre en propagation libre tandis que la figure 2B montre la réalisation du

filtre en optique guidée.

Selon ce premier exemple, le filtre 20 comprend une matrice 21 de polymère électro-optique. Dans le cas de la réalisation en optique guidée (figure 2B), la matrice de polymère est déposée sur un support 22 (par so exemple en silice). Par exemple, le matériau de base est un polymère dopé avec des chromophores dont l'orientation est imposée par l'application préalable d'un champ électrique ou des cristaux liquides nanogouttes

dispersés en matrice polymère. Ces matériaux seront détaillés par la suite.

Dans l'exemple décrit sur les figures 2A et 2B, le matériau de base est un 3 polymère dopé, I'orientation des chromophores étant indiquce par des flèches. Selon l'invention, la matrice de polymère présente une structure périodique permanente de période spatiale A prédéterminée en fonction de la longueur d'onde de filtrage ?:o. Dans cet exemple, la structure périodique

permanente est formée par une modulation de l'indice de réfraction pré-

enregistrce dans la matrice 21 et formant un réseau 23 diffractif à la longueur

d'onde de filtrage \0 avec une bande spectrale 6?c donnée.

Avantageusement, le polymère utilisé pour former la matrice 21 est photosensible, permettant l'inscription d'un réseau d'indice photo-induit lors d'une étape préalable, par exemple par interférence de deux ondes o d'illumination de la matrice dans l'ultra-violet. Il en résulte une loi de modulation de l'indice de forme sinusoTdale, la structure périodique permanente formant dans l'exemple des figures 2A et 2B un miroir sélectif de Bragg à bande étroite, diffractif à la longueur d'onde de filtrage \0 Selon l'invention, le filtre 20 comprend en outre des moyens 1 d'application (notés 24 sur la figure 2B) d'une tension électrique V sur au moins une zone de la matrice et des moyens de commande de ladite tension, tels que la tension appliquée génère par effet électro-optique une variation d'indice électro-optique AnEO, dans cet exemple une variation d'indice sensiblement homogène dans toute la matrice, afin de commander la commutation du filtre. Dans l'exemple des figures 2A et 2B, la commutation est obtenue par le déplacement de la bande spectrale 6\

généré par la variation d'indice de la matrice de polymère électrooptique.

Avantageusement, I'application de la tension est transverse, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe de propagation de l'onde incidente. Les moyens d'application sont constitués d'électrodes, par exemple des électrodes métalliques Chrome-Or (Cr-Au) déposéss sur la matrice de polymère,

perpendiculairement à l'orientation des chromophores.

Ainsi, selon la variante telle qu'elle est représentée sur les figures 2A et 2B, la loi de modulation de l'indice est de forme sinusoTdale, la so structure périodique permanente formant à tension nuile appliquée un miroir sélectif de Bragg à bande étroite, diffractif à la longueur d'onde de filtrage \0, dont le déplacement de la bande spectrale 6?: est ajusté par simple application de la tension électrique V. Plus précisément, I'expression de l'indice n(x) est donnée, dans la matrice de polymère, en fonction de l'axe longitudinal x de propagation d'une onde incidente dans la matrice, par: n(x) = nO + n cos Kx (1) OU nO est l'indice moyen de la matrice de polymère, n est l'amplitude de la variation d'indice photoinduite et K = 211i o est la période spatiale du réseau de diffraction. La longueur d'onde centrale de filtrage \0 est reliée au pas des franges par la relation lo = 2nO Le réseau de Bragg ainsi réalisé constitue pour une onde o incidente selon l'axe longitudinal x, un miroir sélectif à la longueur d'onde centrale \0, dont la bande spectrale 6\ définie à 50% de la courbe de transmission du filtre et l'efficacité de diffraction (défini comme le rapport entre l'intensité diffractée à la longueur d'onde \0 et l'intensité de l'onde incidente sur le filtre à \0) valent respectivement: &25n (2) nO h2 rL6n (3) o th représente la tangente hyperbolique et L est la longueur du filtre. On pourra se référer, pour plus de détails sur l'obtention de ces équations, à << Optical waves in layered media >>, Pochi & Yeh, Wiley, 1988, pages 190 o 191. L'équation 2 est donnée dans l'hypothèse d'une efficacité forte

(typiquement supérieure à 80%).

Lorsqu'une tension non nulle V est appliquée dans la configuration électro-optique transverse (champ appliqué perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde incidente), I'indice varie de façon homogène dans z toute la matrice de polymère par l'intermédiaire de l'effet électro-optique. Il en résulte une variation de la longueur d'onde diffractée dans une plage d'accordabilité Al, donné en fonction de la variation d'indice électro-optique AnEO par: ^) An:O (4) nO avec nEo = 2 nO r d (5)

o d est la distance inter électrodes et est le coefficient électro-

optique de la matrice de polymère dopé.

Selon une première variante, le matériau de base est par exemple un polymère dopé avec des chromophores dont l'orientation est imposée par I'application préalable d'un champ électrique (et symbolisée par des flèches sur les figure 2A et 2B). La présence simultance d'un champ électrique et d'un éclairement UV permet de stabiliser de façon permanente les chromophores. Les matériaux polymères ont déjà démontré, depuis les études menées dans les années 90, leur potentiel pour réaliser des o dispositifs électro-optiques qui présentent des coefficients électro-optiques comparables aux meilleurs cristaux, tels que LiNbO3, avec une technologie bas coGt sur substrat de grande dimension. Les travaux récents effectués sur ces maté riaux ont perm is d'amélio rer de façon sign ificative la stabilité dans le temps de ce type de matériaux. Ainsi, un exemple de réalisation est donné dans l'article << Electro- Optic polymer modulators for 1,55 m wavelength using phenyltetraone bridged chromophore in polycarbonate >> (Applied Physics Letters, Vol.76, N 24, juin 2000, pages 3525-3527), qui décrit la fabrication d'un polymère dopé présentant un effet électro-optique à 1,55 m

particu lièrement intéressant.

o La déposante a ainsi montré qu'un filtre commandable par tension peut être obtenu, pour une onde incidente polarisée linéairement dans une direction sensiblement parallèle à l'orientation des chromophores, avec une finesse 6\ de 0,5 nm (équation 2) et une efficacité de 98% (équation 3) avec X0 = 1500 nm, ân = 2,5.10-4, L = 6 mm, n0 = 1,5. Pour une distance inter électrodes d'environ 10 m, et un matériau polymère dopé avec des

chromophores de type de celui cité ci-dessus, dont le coefficient électro-

optique à 1500 nm est d'environ r = 60 pm/V, I'application d'une tension de

V = 50 Volts induit par effet électro-optique une variation d'indice électro-

optique AnEO = 5.10-4. Cette valeur de tension permet de contrôler et o d'optimiser, suivant l'équation 4, la réponse du filtre par simple application d'une tension, la plage d'accordabilité obtenue étant d'environ 0,5 nm pour

une tension appliquée de 50 volts.

La figure 3 permet d'illustrer le fonctionnement du filtre ainsi

obtenu, par exemple dans une application de type composant DWDM.

On considère dans cet exemple un ensemble de signaux à transmettre de longueurs d'onde 1' à ?:n. Ces longueurs d'onde sont séparéss par un intervalle A\jj, par exemple de l'ordre de 1 nm. La courbe 31 représente la réponse en réflexion d'un filtre de type miroir sélectif de Bragg tel que décrit précédemment, diffractif à la longueur d'onde \0 = j. La bande spectrale 6\, définie à 50% de la valeur maximale de la réponse, vaut sensiblement 0,5 nm dans l'exemple décrit ci-dessus. Comme cela a été montré, I'application d'une tension V = 50V permet le déplacement en longueur d'onde de la réponse du filtre d'une valeur Ak définie comme la 0 plage d'accordabilité. Dans l'exemple décrit ci-dessus, cette plage d'accordabilité vaut sensiblement 0,5 nm. La courbe 32 de la figure 3 représente la réponse du filtre lorsqu'une telle tension est appliquée. Pour cette tension, le filtre n'est plus accordé sur la longueur d'onde \0. Si de nouveau, la tension appliquée est nulle, le filtre commute à nouveau et la réponse se trouve recentrée avec une très grande précision sur la longueur d'onde de filtrage \0. Le temps de réponse de la commutation ainsi réalisée

est de l'ordre de la microseconde.

Cet exemple de réalisation est particulièrement intéressant puisqu'il permet, dans une application de type multiplexeur o d'insertion/extraction de longueurs d'onde (OADM) d'assurer à la fois une fonction de filtrage très sélective et une fonction de commutation rapide et très précise par accord de la longueur d'onde de filtrage. Cette précision permet également de pouvoir recaler le filtre en longueur d'onde si nécessaire (par exemple si la source d'émission présente une dérive en

s longueur d'onde).

Selon une seconde variante, des matériaux composites du type cristaux liquides nano-gouttes dispersés en matrice polymère peuvent être utilisés. Leur réalisation est décrite par exemple dans l'article de S.Matumoto et al. (< Fine droplets of liquid crystal in a transparent polymer and their

o response to an electric field >>, Appl. Phys. Letters, Vol.69, pages 1044-

1045) Ces matériaux peuvent présenter une variation d'indice par effet électro-optique plus élevée que les polymères dopés avec des chromophores (typiquement, de l'ordre de 10-2) mais leur temps de réponse est plus grand (de l'ordre de cent microsecondes à une milliseconde). Dans le cas o le composant est réalisé par utilisation de nanogouttes de cristaux liquides, on peut obtenir une plage d'accordabilité sur 30 à 40 nm pour une tension faible de l'ordre de 50 volts (les autres paramètres étant choisis identiques à ceux de l'exemple précédent). Ce type de matériaux présente un avantage supplémentaire: il est en effet possible par simple application d'une tension d'accorder avec précision la réponse spectrale du filtre sur une longueur d'onde du peigne de longueurs d'onde que l'on souhaite transmettre, et d'obtenir un filtre dont on peut commander non seulement la commutation mais en plus la longueur d'onde de filtrage dans la plage d'accordabilité. Ainsi, sur la figure 3, la courbe 33 illustre le déplacement de

o la réponse du filtre qui se trouve centrée sur la longueur d'onde j+.

Ainsi, les exemples de filtre selon l'invention tels qu'ils sont décrits ci-dessus sont particulièrement bien adaptés pour un composant de type OADM des réseaux denses DWDM. Il est à noter en outre que ces composants peuvent assurer en plus de la fonction de filtrage telle qu'elle a

été décrite, la fonction de modulation pour la transmission des informations.

Nous décrivons maintenant, au moyen des figures 4A et 4B un

second exemple de réalisation d'un filtre commandable selon l'invention.

Selon cet exemple, le filtre 40 comprend une matrice de polymère zo 41, avec une alternance périodique, selon l'axe longitudinal x,de régions 42 présentant un effet électro-optique et de régions 43 ne présentant pas d'effet électro-optique, formant ainsi un ensemble de bandes d'épaisseurs sensiblement égales. Les régions électro-optiques 42 sont par exemple formées d'un matériau polymère dopé avec des chromophores orientés, dont s I'orientation est indiquée par des flèches sur la figure 4A, tandis que les régions non électro-optiques 43 sont formoes du même matériau polymère mais non dopé ou d'un autre matériau de même indice. Un mode de fabrication d'une telle matrice 41 sera décrit par la suite. Les régions 42, 43 forment une structure périodique de pas A. Le filtre comprend également des o moyens d'application 44 d'une tension électrique transverse V. Dans l'exemple des figures 4A et 4B, le filtre est mis en _uvre dans une structure d'optique guidée sur un substrat 45. Les moyens d'application de la tension sont formés de deux électrodes 44 déposées sur la matrice de polymère, perpendiculairement à l'orientation des chromophores. A champ nul, la structure est d'indice homogène nO et ne diffracte pas le faisceau incident selon!'axe longitudinal x. L'application d'une tension électrique V sur la structure des figures 4A et 4B entrane par effet électro-optique une variation d'indice AnEO dans les régions 42 résultant en une structure périodique alternant des régions (43) d'indice nO et des régions (42) d'indice n, = nO + AnEO. Cette structure réalise une fonction de filtre de Bragg à la longueur d'onde ?co = 2nOA. L'efficacité d'un tel réseau est donnée par: = th: L (6) o o L est la longueur du filtre et AnEO la variation d'indice induite par effet électro-optique. o Ainsi, une efficacité supérieure à 96% est obtenue lorsque L. AnEO= ?vo. A titre d'exemple, la déposante a montré que pour \0 = 1500 nm, L = 3 mm, une distance inter électrodes d d'environ 10 m, et un matériau dont le coefficient électro-optique à 1500 nm est d'environ = 60 pm/V, I'application d'une tension V = 50 Volts induit par effet électro-optique une variation d'indice AnEO = 5.10-4 permettant d'obtenir l'efficacité de filtrage recherchée à \0. On obtient ainsi un miroir très sélectif à ladite longueur d'onde \0, dont la commutation peut être commandée par simple application d'une tension électrique. Les autres longueurs d'onde ne sont affectés ni par la structure à champ nul, ni par la structure sous tension appliquée, rendant zo ce composant particulièrement intéressant pour les applications aux réseaux

de type DWDM.

Selon une variante de fonctionnement, il est également possible de prévoir pour les régions non électro-optiques 43 d'utiliser un matériau qui présente un indice n, différent de l'indice nO des régions 42 d'une variation d'indice An de l'ordre de -AnEO. Cette structure est diffractive sous champ nul à la longueur d'onde \0. Sous champ appliqué, elle devient transparente à X0 du fait de la concordance des indices des zones électro-optiques 42 et non électro-optiques 43. Comme dans l'exemple précédent, le pas du réseau A0 étant adapté à la longueur d'onde de filtrage \0, les autres longueurs so d'onde ne sont affectés ni par la structure à champ nul, ni par la structure

sous tension appliquée.

Une structure du type de celle décrite à partir des figures 4A et 4B est par exemple réalisée de la façon suivante: dépôt sur le substrat 45 transparent (de type Silice) de la solution de polymère dopé avec les chromophores; après évaporation du solvant, dépôt des électrodes (par exemple des électrodes métalliques Chrome-Or) et application d'un champ (quelques centaines de volts) pour orienter les chromophores; polymérisation par chauffage et/ou illumination UV; réalisation de la structure périodique permanente, par exemple par gravure; dépôt d'une

seconde couche de polymère (non dopé).

La figure 5 constitue une variante particulièrement intéressante de l'exemple de réalisation du filtre selon l'invention décrit à partir des figures 4A et 4B. En effet, le filtre décrit peut en outre étre utilisé pour réaliser une o fonction de commutation spatiale du faisceau, ce qui permet par exemple, dans l'application aux composants OADM pour réssaux DWDM de s'affranchir d'un composant optique supplémentaire de type circulateur permettant de séparer un signal à une longueur d'onde donnée circulant dans un sens contraire au sens de circulation des signaux aux autres

s longueurs d'onde.

Comme dans l'exemple précédent, la matrice de polymère 51 du filtre 50 décrit sur la figure 5 présente une structure périodique permanente formée d'une alternance de régions 52 présentant un effet électro-optique (hachurées sur la figure 5) et de régions 53 ne présentant pas d'effet électro zo optique, les régions 52 et 53 formant un ensemble périodique de bandes de largeurs sensiblement identiques et de pas prédéterminé en fonction de la longueur d'onde de filtrage \0. Selon un exemple de mise en _uvre, les régions 52 et 53 ont sens iblem ent le méme in d ice nO. Le fi ltre com p rend également des électrodes de commande 54, déposées sur la matrice de polymère 51 parallèlement à l'orientation des bandes 52, 53. Dans cet exemple, le faisceau d'entrée est incident dans la structure selon un angle prédéterminé par rapport à la direction des bandes. A tension nulle appliquée, la structure est non diffractante. Lorsqu'on applique une tension, les régions électro-optiques 52 subissent une variation d'indice par effet o électro-optique. La structure se comporte alors comme un réseau qui, sous

incidence de Bragg éB tel que sin éB = lo/2\, diffracte l'onde incidente.

L'efficacité du filtre ainsi obtenue est: = sin 2 AnEO ( o L est la longueur du filtre et AnEO la variation d'indice induite par effet électro-optique. Dans cet exemple, la déposante a montré qu'une efficacité proche de 100% et atteinte pour L. AnEo= lo/2. Ainsi, en utilisant par exemple comme matériau de base électro-optique une matrice formée de nanogouttes de cristaux liquides dispersées dans un polymère du type de celui décrit précédemment, pour un filtrage à X0 = 1500 nm, un filtre de longueur L = 10 mm, une distance inter électrodes d = 100,um, une tension V inférieure à 50 volts permet d'obtenir une variation d'indice AnEO = 10-3 suffisante pour

o atteindre l'efficacité recherchée.

Un troisième exemple de réalisation est illustré par les figures 6A à 6C. Selon cet exemple, le filtre commandable 60 selon l'invention comprend une matrice de polymère 61 photosensible formée de deux parties s jointives 62, 63. Chaque partie comprend une structure périodique

permanente sensiblement identique formoe d'un réseau d'indice pré-

enregistré, les deux parties formant ainsi deux miroirs sélectifs de Bragg sensiblement identiques (respectivement B et B2) dans une bande spectrale large BS donnée comprenant les longueurs d'onde \, à;(n à transmettre, o autour d'une longueur d'onde de résonance \0. Avantageusement, le polymère utilisé est un polymère photosensible à très forte variation d'indice photoinduite, typiquement n de l'ordre de 5 10-2 (par exemple un polymère de type Dupont de Nemours pour holographie) Une des deux parties de la matrice de polymère (notée 62 sur les

z figures 6A à 6C) présente, selon l'invention, un effet électro-optique.

Avantageusement, il s'agit de nanogouttes de cristaux liquides disperséss dans le polymère, par exemple selon la méthode décrite dans l'article de S.Matumoto et al. (< Fine droplets of liquid crystal in a transparent polymer and their response to an electric field >>, Appl. Phys. Letters, Vol.69, pages so 1044-1045), la variation d'indice par effet électrooptique dans ces matériaux pouvant atteindre 10-2. Selon l'invention, le filtre comprend des moyens d'application 64 d'une tension électrique V sur ladite partie électro-optique 62 de la matrice. Dans l'exemple décrit, le filtre est réalisé en propagation libre et les moyens 64 sont formés de deux électrodes surfaciques transparentes, 3 par exemple en ITO (oxyded'Etain). Il comprend en outre des moyens de commande de la tension (non représentés) permettant la commutation du filtre à la longueur d'onde de résonance X0 par génération d'une variation d'indice induite par effet électro-optique dans ladite partie 62 présentant un effet électro-optique, entranant un déphasage de en réflexion à la longueur d'onde de résonance entre les deux structures périodiques, les deux miroirs de Bragg B et B2 se trouvant alors en opposition de phase. La matrice 61

devient alors sélectivement transparente à la longueur d'onde de résonance.

Le traitement théorique détaillé des propriétés de transparence sélective de deux réseaux de Bragg ainsi disposés est traité par exemple dans l'article de o M.A.Rodriguez et al. (< Transmission properties of refractive index-shified

bragg gratings >>, Opt. Comm. 177 (2000), pages 251-257).

Les figures 6A à 6C illustrent ainsi le fonctionnement d'un filtre tel que décrit ci-dessus appliqué à un composant OADM dans un réseau DWDM. Le filtre tel que décrit présente l'avantage de pouvoir réaliser une s commutation par simple application d'une tension électrique, en mode insertion ou extraction de longueur d'onde, avec un temps de commutation

très court.

A tension nulle appliquée (figure 6B), la matrice de polymère se comporte comme un miroir pour toutes les longueurs d'onde ? à n de la

bande spectrale BS (typiquement, 50 à 60 nm).

La figure 6A illustre le fonctionnement du filtre en extraction de longueur d'onde. Un ensemble de signaux aux longueurs d'onde ? à n compris dans la bande spectrale des filtres B et B2 est incident sur le filtre 60. Lorsqu'une tension V=V,I2 est appliquée sur la partie 62 électro-optique de la matrice 61, il apparat un déphasage de J2 en transmission (soit un déphasage de en réflexion) entre les deux réseaux de Bragg B. et B2. Il en résulte, comme cela a été décrit précédemment, que l'amplitude de l'onde réfléchie à la longueur d'onde de résonance s'annule sensiblement, le signal à X0 étant alors intégralement transmis par la structure du filtre 60, tandis que

o les autres signaux aux longueurs d'onde j différentes de X0 sont réfléchis.

La figure 5C illustre le fonctionnement du filtre en insertion de longueur d'onde. Un ensemble de signaux aux longueurs d'onde \, à Vn à l'exception du signal à la longueur d'onde de résonance lo est incident sur l'une des faces du filtre 60. Le signal à la longueur d'onde de résonance est ss incident sur l'autre face du filtre 60 de telle sorte que lorsqu'une tension V=V,2 est appliquée sur la partie 62 électro- optique de la matrice 61, le signal à \0 est intégralement transmis par la structure du filtre 60 dans la

direction des autres longueurs d'onde.

Du fait de la séparation spatiale des longueurs d'onde, le filtre ainsi décrit présente en outre l'avantage de pouvoir être utilisé pour réaliser une fonction de commutation spatiale du faisceau, ce qui permet par exemple, dans l'application aux composants OADM pour réseaux DWDM de s'affranchir d'un composant optique supplémentaire de type circulateur permettant de séparer un signal à une longueur d'onde donnée circulant o dans un sens contraire au sens de circulation des signaux aux autres

longueurs d'onde.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1- Filtre commandable (20, 40, 50, 60) en longueur d'onde à commutation rapide, pour filtrage à une longueur d'onde (70) donnée, caractérisé en ce qu'il comprend: - une matrice de polymère (21, 41, 51, 61) dont une partie au moins présente un effet électro-optique, la matrice présentant en outre une structure périodique permanente de période spatiale (A) prédéterminée en fonction de ladite longueur d'onde de filtrage (0), o - des moyens d'application (24, 44, 54, 64) d'une tension électrique sur au moins une zone de la matrice et des moyens de commande de ladite tension tels que la tension appliquée génère sur la partie électro optique de la matrice une variation d'indice électro-optique (AnEO) rendant ladite structure de la matrice diffractive ou transparente à ladite longueur

s d'onde de filtrage (10) afin de commander la commutation du filtre.

2- Filtre commandable (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice de polymère (21) présente un effet électro-optique sensiblement homogène dans toute la matrice, en ce que la structure périodique permanente est formée par une modulation de l'indice de o réfraction pré-enregistrée dans la matrice de polymère, formant un réseau diffractif (23) à la longueur d'onde de filtrage (70) avec une bande spectrale () donnée et en ce que les moyens de commande permettent la commutation du filtre à ladite longueur d'onde de filtrage, par génération d'une variation d'indice électro-optique (AnEO) sensiblement homogène dans s toute la matrice, résultant en un déplacement de ladite bande spectrale ()

par rapport à la longueur d'onde de filtrage (70).

3- Filtre commandable selon la revendication 2, caractérisé en ce que la loi de modulation de l'indice est de forme sin uso dale, d'indice moyen nO et d'amplitude n donnés, de période spatiale o A sensiblement égale à \0 / 2nO o X0 est la longueur d'onde de filtrage, la structure périodique permanente formant à tension nulle appliquée un miroir sélectif de Bragg à ladite longueur d'onde de filtrage \0, de bande spectrale

61: sensiblement égale à 2 ko n/ nO.

4- Filtre commandable selon l'une des revendications 2

ou 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé en optique guidée par dépôt de la matrice de polymère (21) sur un substrat (25), les moyens d'application (24) de la tension étant formés de deux électrodes déposées sur ladite matrice (21).

- Filtre commandable selon l'une des revendications 2 à 4,

caractérisé en ce que la matrice de polymère (21) est formée d'un polymère photosensible dopé avec des chromophores préalablement orientés sous champ électrique, les moyens d'application (24) de la tension électrique étant formés d'électrodes disposées perpendiculairement à l'orientation des chromophores.

o 6- Filtre commandable selon l'une des revendications 2 à 4,

caractérisé en ce que la matrice de polymère (21) est formée de nanogouttes

de cristaux liquides dispersées dans un polymère photosensible.

7- Filtre commandable (40,50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure périodique permanente de la matrice de polymère (41, 51) estformée d'une alternance périodique de régions (42, 52) présentant un effet électro-optique et de régions (43, 53) ne présentant pas d'effet électro-optique, lesdites régions formant un ensemble de bandes d'épaisseurs sensiblement égales et en ce que les moyens de commande (44, 54) permettent la commutation du filtre à ladite longueur d'onde de o fi ltrage par gé n é ratio n d' u n e vari ation d' i nd ice él ectrooptique (An EO) dans lesdites régions électro-optiques de la matrice, résultant en la formation d'un

réseau diffractif à ladite longueur d'onde de filtrage (70).

8- Filtre commandable (40) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la période spatiale 1i de la structure périodique est sensiblement égale à X0 / 2nO o \0 est la longueur d'onde de filtrage et en ce que la structure périodique permanente forme à tension nulle appliquée un miroir sélectif de Bragg à ladite longueur d'onde de filtrage \0, de bande spectrale 6\ sensiblement égale à 2\o On/ nO, pour une onde incidente dans une

direction sensiblement normale à la direction desdites bandes.

9- Filtre commandable selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matrice de polymère (41) est formée d'un polymère dopé avec des chromophores préalablement orientés sous champ électrique, les moyens d'application (44) de la tension électrique étant formés d'électrodes

disposées perpendiculairement à l'orientation des chromophores.

- Filtre commandable (50) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure périodique permanente forme à tension nulle appliquée un réseau diffractif de Bragg à ladite longueur d'onde de filtrage ?;o, pour une onde incidente avec un angle prédéterminé B par rapport à la direction des bandes (52, 53) tel que sin B = to/2, OU est le pas de la

structure périodique.

11- Filtre commandable selon l'une des revendications 7 à 10,

caractérisé en ce que la matrice de polymère (41, 51) est formée de

nanogouttes de cristaux liquides dispersées dans un polymère.

o 12- Filtre commandable (60) selon ia revendication 1, caractérisé en ce que la matrice de polymère (61) est formée de deux parties jointives (62, 63) avec dans chacune d'elle une structure périodique permanente formée d'un réseau d'indice pré-enregistré et formant deux miroirs sélectifs de Bragg sensiblement identiques (B1, B2) diffractifs dans une bande spectrale large (BS) donnée contenant la longueur d'onde de filtrage (70), I'une des parties (62) présentant un effet électro-optique, et en ce que les moyens de commande permettent la commutation du filtre à ladite longueur d'onde de filtrage par génération d'une variation d'indice dans ladite partie électro-optique entranant un déphasage de en réflexion à ladite longueur o d'onde entre les deux structures périodiques, la matrice devenant

sélectivement transparente à cette longueur d'onde.

13- Filtre commandable selon la revendication 12, caractérisé en ce que la matrice de polymère (41) est formée de nanogouttes de cristaux