WO2002103443A1 - Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides - Google Patents

Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides Download PDF

Info

Publication number
WO2002103443A1
WO2002103443A1 PCT/FR2002/002026 FR0202026W WO02103443A1 WO 2002103443 A1 WO2002103443 A1 WO 2002103443A1 FR 0202026 W FR0202026 W FR 0202026W WO 02103443 A1 WO02103443 A1 WO 02103443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
electrodes
guide
optical
guides
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/002026
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Boissier
Jean-François Legay
Olivier Duhem
Philippe Martinot-Lagarde
Original Assignee
Nemoptic
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nemoptic filed Critical Nemoptic
Priority to KR10-2003-7002258A priority Critical patent/KR20030025291A/ko
Priority to US10/481,224 priority patent/US6959124B2/en
Priority to JP2003505700A priority patent/JP2004521390A/ja
Publication of WO2002103443A1 publication Critical patent/WO2002103443A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1326—Liquid crystal optical waveguides or liquid crystal cells specially adapted for gating or modulating between optical waveguides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass

Definitions

  • the present invention relates to the field of switching optical signals. More specifically, the present invention preferably applies to the optical switching of WD signals (Wavelength Division Multiplexing in English -) propagating between optical ports, for example in optical fibers.
  • WD signals Wavelength Division Multiplexing in English -
  • the object of the present invention is the design of an optical switch NxP, N and P being whole numbers, N and P being able to be equal if necessary.
  • optical switch for routing optical signals from multiple input ports or fibers to different output ports or fibers.
  • MEMS Micro-electrical mechanical Systems
  • Their operating principle is based on the activation of silicon micro-mirrors and makes it possible to build switching matrices of all sizes (1x2 to 4000x4000 ports).
  • MEMS suffer from a great technological complexity linked to the construction of silicon micro-mirrors and their large number in matrices with a large number of ports.
  • thermo-optical switching ink bubble switches or liquid crystal switches.
  • thermo-optical switches exploit the thermo-optical effect generated in a Mach-Zehnder interferometer in planar optics while ink bubble switches use the total reflection caused by the local heating of ink bubbles placed at the intersection of several plane waveguides ([2] US-A-6,212,308). Although these technologies have the attraction of using all optically integrated solutions, they generally do not exhibit good thermal and temporal stability.
  • the object of the present invention is to propose new optical switching means making it possible in particular to overcome the drawbacks associated with the separate processing of the different polarizations.
  • An auxiliary object of the present invention is to propose means making it possible to gradually attenuate an optical signal in a controlled manner, between at least one input port and one output port.
  • an electrooptical device comprising two planar optical substrates each comprising an optical guide, and a nematic liquid crystal inserted between them, in which the liquid crystal is split into two active zones separate to control respectively the coupling / decoupling of one of the two polarizations TE or TM of an optical signal injected into the guides.
  • the device comprises two pairs of electrodes associated respectively with one of the two active areas of the liquid crystal, the electrodes of each pair being disposed respectively on either side of the guide, and the orientations of the electrodes being orthogonal to one another from one pair to another.
  • FIG. 1 represents a schematic perspective view of the basic structure of a device according to the present invention
  • FIG. 2 represents a similar view of the device, in the activated position by application of an electric field
  • FIG. 3 represents a plan view of the substrate and illustrates the position of the active zones of liquid crystal and of the optical guide
  • FIG. 4 represents a schematic perspective view of a switch according to the present invention
  • FIG. 5 represents a cross-sectional view of this switch, according to the cutting plane referenced V-V in FIG. 4, in the activated position of the device,
  • FIG. 6 represents a view in longitudinal section of the switch, in the rest state, .
  • FIG. 7 shows a similar longitudinal section view of the switch, in the activated state,
  • FIGS. 8 and 9 represent two views in cross section, respectively according to the section planes referenced VIII-VIII and IX-IX in FIG. 1, of a preferred embodiment, and thus illustrates a specific implantation of electrodes,
  • FIG. 10 represents a detailed sectional view of the device, making it possible to highlight a buffer layer (coherence length) of the liquid crystal at the interfaces.
  • FIG. 11 schematically represents a sectional view of the device, in a control state suitable for allowing an optical attenuation effect, and
  • FIGS 12, 13 and 14 schematically show three exemplary embodiments of switches according to the present invention.
  • the device according to the present invention is made in integrated optics and exploits the electrical reorientation of a liquid crystal placed between two substrates
  • the switch according to the present invention is made in integrated optics and exploits the electrical reorientation of a liquid crystal placed between two planar substrates.
  • the input and output ports are materialized by optical fibers.
  • the input ports can be formed from any equivalent optical transmitter; similarly, the output ports can be formed from any equivalent optical receiver.
  • This basic structure comprises:
  • a planar substrate 100 having an optical waveguide 110,.
  • a nematic liquid crystal material 200 placed against the substrate 100, in the form of two separate active zones 210, 220, and
  • the waveguide 110 is rectilinear along the axis Oz. It is flush with one of the main surfaces 102 of the substrate 100.
  • the guide 110 defines an input port 112 at one of its ends and an output port 114 at the other end (this definition of input port 112 and output port 114 is however arbitrary insofar as the device is symmetrical and therefore each of the ports 112, 114 can alternatively be input or output port).
  • the optical waveguide 110 implanted in the planar substrate 100 is manufactured so as to support only the two fundamental modes TE0 and TM0. These modes are polarized in the respective directions Oy and Ox as shown in Figure 1.
  • the waveguide 110 has a quadrangular, square or rectangular cross section, the facets of which are respectively parallel and perpendicular to the axes Oy and Oz and to the main faces of the substrate 100.
  • the substrate 100 and the waveguide 110 are advantageously made from silica or polymer material.
  • the nematic liquid crystal 200 has an ordinary index n 0 less than the index n g of the optical waveguide 110 and an extraordinary index n e greater than n g .
  • the anchoring of the liquid crystal 200 on the plate 100 and on the interface plate placed opposite it must be weak, so as to minimize the disturbance provided by the buffer layer of the liquid crystal at interfaces when a field high electric, but lower than the electric breaking field, is applied, or so as to decrease the value of the electric field applied when the anchor is broken, this when an adequate voltage is applied between the pairs of electrodes 310, 312 ; 320.322.
  • the two active areas 210, 220 of nematic liquid crystal are placed opposite the guide 110.
  • the active areas 210, 220 have a width, along the axis Oy, greater than that of the guide 110.
  • Each active zone 210, 220 of liquid crystal typically has, in the plane zOy, a quadrangular cross section.
  • the two electrodes 310, 312 associated with the zone 210 are disposed respectively on either side of the liquid crystal along the axis Ox.
  • the molecules of the liquid crystal 210 are oriented parallel to the waveguide 110 along the axis Oz, as illustrated diagrammatically in FIG. 1.
  • the liquid crystal molecules 210 located between them are oriented perpendicular to the direction of elongation of the guide 110, along the axis Ox, as illustrated schematically in FIG. 2.
  • the application of a voltage between the electrodes 310, 312 makes it possible to decouple the polarization component TM from the signal injected into the guide 110.
  • the two electrodes 310 and 312 can be supported respectively on the external surfaces of the plate 100 and of the confinement plate placed opposite.
  • the two electrodes 320, 322 associated with the zone 220 are disposed respectively on either side of the liquid crystal along the axis Oy.
  • the molecules of the liquid crystal 220 are oriented parallel to the waveguide along the Oz axis, as illustrated schematically in Figure 1.
  • the liquid crystal molecules 220 located between these are oriented perpendicular to the direction of elongation of the guide 110, along the axis Oy, as illustrated diagrammatically in FIG. 2.
  • the two electrodes 320 and 322 can be supported directly by the plate 100.
  • Each active zone 210, 220 of liquid crystal thus makes it possible to couple or decouple either the TM0 mode or the TE0 mode from the input port 112 to the output port 114 located at the output of the optical waveguide 110, or vice versa.
  • the optical signal injected on one of the ports 112 or 114 is found entirely on the port 114 or 112 located at the other end of the guide 110.
  • the signal applied at the input of the guide 110 is decoupled and therefore is not found at the output.
  • the insertion losses of the 2x2 coupler are of the order of 0.5 to 1 dB,.
  • the width of the guide 110, along the axis Oy, is of the order of 4 to 8 ⁇ m,.
  • the thickness of the guide 110, along the axis Ox is of the order of 2 to 4 ⁇ m,.
  • the thickness of liquid crystal 200, between the plate 100 and the confinement plate placed opposite is of the order of 2 to 6 ⁇ m,.
  • the length of each active zone 210, 220 of liquid crystal, considered, along the axis Oz is of the order of 50 to 100 ⁇ m
  • each active zone 210, 220 of liquid crystal has a width along the axis Oy greater than the width of the guide 110, typically from 10 to 30 ⁇ m, and. the electric field applied between the electrodes 310, 312 and 320, 322 is of the order of 3 to 10V / ⁇ m.
  • such a device can be used as a 1x2 switch if a single input of the device is implemented, the structure of the device remaining for the rest identical to the means which will be described later.
  • the 2x2 matrix is manufactured using two planar substrates 100, 400 symmetrical with respect to the plane yOz.
  • Each substrate 100, 400 has an implanted planar optical waveguide 110, 410.
  • the two guides 110, 410 are comparable to the guide 110 previously described.
  • the two planar substrates 100, 400 are placed one above the other, the two guides 110, 410 being parallel and superimposed, so as to constitute a vertical coupler.
  • the two guides 110, 410 are thus separated by a liquid crystal medium 200.
  • the liquid crystal 200 divided into two active zones 210, 220 spaced along the axis Oz along the guides 110 and 410 and two pairs of electrodes 310, 312 and 320, 322.
  • the electrodes 310, 312 spaced along the axis Ox and respectively disposed on either side of the zone 210, can be carried respectively by the external surface of the plates 100 and 400, as seen in FIG. 4, for the 'electrode 310.
  • the electrodes 320 and 322 spaced along the axis Oy and disposed respectively on either side of the zone 220, are advantageously carried by the internal surfaces of the plates 100 and 400.
  • the electrodes 320 and 322 can have a thickness equal to the interval separating the two plates 100 and 400, or else be divided into two groups of thickness less than this interval, respectively adjacent to each plate 100, 400 and separated by a spacer (as illustrated in FIG. 8).
  • the electrodes 310, 312 can be placed on the internal face of the plates 100, 400 and divided into two groups of thickness less than the interval separating the two plates 100, 400 respectively adjacent to each plate 100, 400 and carried by these as illustrated in FIG. 9.
  • the control voltage (+ v; -v) is then applied between the two electrodes 312a, 310a carried respectively by the plates 100 and 400, on one side of the area 210 d on the one hand, and between the two electrodes 312b, 310b carried respectively by the plates 100 and 400, on the other side of the zone 210, on the other hand, to define electric fields oriented along the axis Ox.
  • Such electrodes 310a, 310b, 312a, 312b, 320a, 320b, 322a, 322b are typically made of aluminum with a thickness of the order of 100 to 500nm. They are formed outside the guides 110, 410, so as not to absorb the optical signal.
  • the two input signals are injected into the two waveguides 110, 410 inserted in the flat substrates 100, 400, for example at the level of input ports referenced 112 and 412 in the appended figures.
  • the choice of a liquid crystal 200 whose ordinary index n 0 is less than the index n g of the optical waveguides 110, 410 and whose extraordinary index n e is greater than n g makes it possible to couple one of the TE or TM linear polarizations from channels 112 and 412 to opposite output channels 114 and 414 using an active zone of liquid crystal. Two states (active and non-active) are associated with each active zone
  • the anchoring of the liquid crystals at the interface with the substrates 100, 400 determines the orientation of the liquid crystal in the volume.
  • the molecules of the liquid crystal are then oriented parallel to the axis Oz and to the longitudinal direction of the guides 110, 410, as seen in FIG. 6.
  • the orientation of the liquid crystal in the volume is dictated by the direction of the electric field applied between the electrodes 310, 312 and 320, 322.
  • the liquid crystal in the zone 210, between the electrodes 310 and 312, the liquid crystal is oriented along the axis Ox, as illustrated in FIGS. 5 and 7, while in the zone 220, between the electrodes 320 and 322, the liquid crystal is oriented along the axis Oy, as illustrated in FIG. 7.
  • two active zones 210, 220 of liquid crystal are used, separated by a non-active distance 230.
  • the choice of the alignment of the liquid crystal as well as the direction of the applied electric field allow to define two zones of liquid crystal successively processing the polarization TE and the polarization TM.
  • the practical realization of the two active areas 210, 220 of liquid crystal first requires the implantation of the electrodes 310, 312; 320, 322 so as to electrically redirect the nematic liquid crystal in these zones.
  • the electrodes 320, 322 are implanted laterally on the flat substrates 100, 400 in the case of the active zone 220 processing the TE polarization, on either side of each optical waveguide 110, 410 (for example as illustrated on Figure 8).
  • This geometry of electrodes makes it possible to obtain an electric field in the direction Oy, therefore to redirect the liquid crystal in this direction.
  • the electrodes 310, 312 are located under the optical waveguides 110, 410 so as to produce an electric field in the direction Ox, or on both sides guides 110, 410, as illustrated in FIG. 9.
  • the confinement of the liquid crystal 200 can be carried out in at least two ways.
  • the first way consists in filling the thickness separating the two planar substrates 100, 400 with liquid crystal 200. In this case, counter electrodes delimit the border between the active areas 210, 220 and not active 230 of liquid crystal.
  • the second way consists in using a medium with an index lower than that of the optical waveguides 110, 410, this medium delimiting the active zones 210, 220 of liquid crystal.
  • the plane optical waveguides 110, 410 manufactured in the plane substrates 100, 400 can only propagate the fundamental modes TE 0 and TMo.
  • any incident polarization entering channels 112 and 412 of the switch can propagate without loss in the switch.
  • TE 0 and TMo modes being normal modes, the coupling of one of these modes in one of the zones 210, 220 of active liquid crystal has no influence on the other propagated mode. It is thus entirely possible to couple the TEo mode without disturbing the propagation of the TMo mode in an active zone of liquid crystal and vice versa.
  • the operating mode of the 2x2 switch according to the present invention is perfectly symmetrical with respect to the input channels 112, 412 and the output channels 114, 414. This means that the optical signals injected respectively on the inputs 112 and 412 cannot be switched to the same output port. Thus, for example, if the input signal injected on the input 112 is routed to the output port 114, the input signal injected on the input 412 is necessarily routed to the output port 414.
  • any depolarization is equivalent to a loss by coupling to the wrong output port, in a device of the type in accordance with the present invention, comprising two active zones in series. It is therefore firstly essential to choose a geometry of the active areas 210, 220 of liquid crystal (directions of alignment, reorientation of the liquid crystal) which is compatible with the proper directions of polarization TE and TM. Secondly, an adequate choice of the anchoring energy of the liquid crystal is essential.
  • this buffer layer in which the liquid crystal is gradually reoriented under the application of an external electric field.
  • Such a buffer layer is illustrated diagrammatically in FIG. 10.
  • the thickness of this buffer layer (coherence length) as well as its optical characteristics essentially depend on the strength of the anchoring of the liquid crystal on the flat substrates.
  • the most effective way to minimize its influence on the coupling and therefore minimize the depolarization in the switch of the invention is to use a weak anchoring as well zenithalement as azimuth on the planar substrates 100 and 400.
  • the energy of this weak anchoring is chosen so as to maintain an acceptable response time of the liquid crystal (t ⁇ 20 ms).
  • the amplitude of the voltage applied between the electrodes 310, 312 and 320, 322 thus makes it possible to control the attenuation of the optical signals between 0 and 100%.
  • FIG. 11 There is shown diagrammatically in FIG. 11 an intermediate geometry of liquid crystal obtained with a voltage amplitude thus controlled, suitable for enabling a reduction effect to be obtained.
  • the present invention is not limited to the production of a 2x2 configuration switching or attenuation matrix. It extends to all configurations of NxN type or more generally of NxP type.
  • NxN or NxP switches are illustrated in Figures 12 to 14.
  • the construction of an NxN or NxP switching matrix with a large number of ports is carried out in a similar manner to the construction of 2x2 matrices.
  • Such NxN switches comprise two planar substrates 100, 400 comprising several waveguides 110, 410, identical to those used in the 2x2 switches. Certain sections of the guides 110, 410 provided on the two substrates 100, 400 are placed opposite. These sections are separated by two active zones of liquid crystals 210 and 220, each associated with a pair of electrodes 310, 312 and 320, 322. The junction between the different waveguides, at the aforementioned sections, is carried out by preferably using curved waveguides supporting only the fundamental modes TE 0 and TM 0 .
  • the switches thus produced advantageously comprise N (N-1) / 2 elementary 2x2 switches connected together.
  • FIGS. 12 and 13 two non-limiting examples of embodiment of NxN switches have been illustrated.
  • one 100 of the substrates and the associated guides 110 are illustrated in solid lines.
  • the other substrate 400 and its associated guides 410 are sketched in broken lines.
  • FIG. 12 shows an example of a 4x4 switch (ie 4 input ports and 4 output ports) in which six switching zones 200 are provided.
  • FIG. 13 shows an example of a 6 ⁇ 6 switch (ie 6 input ports and 6 output ports) in which 15 switching zones 200 are provided.
  • the N guides 110, 410 are provided alternately on the two substrates 100, 400. And for the guides of rank 1 to N-1, the guide of rank i is coupled by (i-1) switches) to a first guide of the other substrate and by i switch (s) to a second guide of said other substrate.
  • FIG. 14 corresponds to a 3 ⁇ 3 switch.
  • the structure illustrated in FIG. 14 is however easily generalizable to an NxN switch, and more generally to an NxP switch.
  • one of the substrates 100 and the associated guides 110.1, 110.2, 110.3 are shown in solid lines while the second substrate 400 and the associated guides 410.1, 410.2, 410.3 are shown in broken lines.
  • Each guide 110, 410 comprises different non-aligned sections so that each guide 110 provided on the substrate 100 has a segment or section facing each guide 410 provided on the second substrate 400.
  • NP for an NxP switch, we thus have NP of such sets E.
  • Each of these NP sets E can be ordered individually and separately from the other sets.
  • the guides 110, 410 located respectively on the two substrates 100 and 400 extend in directions generally orthogonal to one another.
  • the guides 110 of the substrate 100 extend between the two edges 104, 106 of the substrate parallel to each other.
  • the guides 410 of the substrate 400 extend between the two edges 405, 407 of the substrate 400 which are mutually parallel but orthogonal to the abovementioned edges 104, 106.
  • the guides 110, 410 have a staircase geometry.
  • the guides 110 of the substrate 100 comprise rectilinear sections 111 orthogonal to the aforementioned edges 104, 106 connected together by rectilinear segments 113 inclined with respect to said edges 104, 106 preferably at 45 ° thereof.
  • the guides 410 of the substrate 400 comprise rectilinear sections 411 orthogonal to the abovementioned edges 405, 407, interconnected by rectilinear segments 413 inclined with respect to said edges 405,
  • the structure thus formed illustrated in FIG. 14 makes it possible to transfer the signal from any one of the guides 110 to any one of the guides 410 (and vice versa) by command and crossing of only one of the switching assemblies E.
  • the Eij assembly should be ordered.
  • the present invention is not limited to the particular embodiments which have just been described, but extends to all variant embodiments in accordance with its spirit.
  • the foregoing description relates to liquid crystal materials with positive dielectric anisotropy, for which the molecules of the liquid crystal orient themselves parallel to the applied electric field.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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

DEPOSITIF ELECTROOPTIQUE, FORMANT NOTAMMENT
COMMUTATEUR, A BASE DE CRISTAUX LIQUIDES
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 WD (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 opto-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 tout- optique, 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 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.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention, grâce à un dispositif électrooptique comprenant 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, . 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,
. les figures 8 et 9 représentent deux vues en coupe transversale, respectivement selon les plans de coupe référencés VIII-VIII et IX-IX sur la figure 1 , d'un mode de réalisation préférentiel, et illustre ainsi une implantation spécifique d'électrodes,
. la figure 10 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 11 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif, dans un état de commande propre à permettre un effet d'atténuation optique, et
. les figures 12, 13 et 14 représentent schématiquement trois 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.
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
. 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 O 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 TE0 et TM0. 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 n0 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 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 I' 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 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 TM0 soit le mode TE0 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 μm, . l'épaisseur du guide 110, selon l'axe Ox est de l'ordre de 2 à 4 μm, . 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 μm, . la longueur de chaque zone active 210, 220 de cristal liquide, considérée, selon l'axe Oz est de l'ordre de 50 à 100 μm,
. chaque zone active 210, 220 de cristal liquide possède une largeur selon l'axe Oy supérieure à la largeur du guide 110, typiquement de 10 à 30μm, et . le champ électrique appliqué entre les électrodes 310, 312 et 320, 322 est de ιordre de 3 à 10V/μm. 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 commutateur 1x2 si une seule entrée du dispositif est mise en œuvre, 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, peuvent être 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 (comme illustré sur la figure 8). Bien évidemment dans ce dernier cas, la tension de commande (+v ;
-v) est appliquée entre les deux électrodes 320a, 322a portées par la plaque 100 d'une part, et entre les deux électrodes 320b, 322b portées par la plaque 400 d'autre part, pour définir des champs électriques orientés selon l'axe Oy.
De même, les électrodes 310, 312 peuvent être placées sur la face interne des plaques 100, 400 et scindées en deux groupes d'épaisseur inférieure à l'intervalle séparant les deux plaques 100, 400 respectivement adjacents à chaque plaque 100, 400 et portées par celles-ci comme illustré sur la figure 9. La tension de commande (+v ; -v) est alors appliquée entre les deux électrodes 312a, 310a portées respectivement par les plaques 100 et 400, d'un côté de la zone 210 d'une part, et entre les deux électrodes 312b, 310b portées respectivement par les plaques 100 et 400, de l'autre côté de la zone 210, d'autre part, pour définir des champs électriques orientés selon l'axe Ox.
De telles électrodes 310a, 310b, 312a, 312b, 320a, 320b, 322a, 322b sont typiquement réalisées en aluminium avec une épaisseur de l'ordre de 100 à 500nm. Elles sont formées en dehors des guides 110, 410, pour en pas absorber le signal optique.
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 n0 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.
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 (par exemple comme illustré sur la figure 8). 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 210 traitant la polarisation TM, les électrodes 310, 312 sont implantées sous les guides d'onde optiques 110, 410 de manière à produire un champ électrique suivant la direction Ox, ou encore de part et d'autre des guides 110, 410, comme illustré sur la figure 9. 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 TE0 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 TE0 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 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 10. 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 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 11 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 ou NxP sont illustrés sur les figures 12 à 14. 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 TE0 et TM0.
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 12 et 13 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 contraire l'autre substrat 400 et ses guides associés 410 sont esquissés en traits interrompus.
La figure 12 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 13 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 12 et 13 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) commutateurs) à un premier guide de l'autre substrat et par i commutateur(s) à un second guide dudit autre substrat. On va maintenant décrire la variante de réalisation de commutateur illustrée sur la figure 14 annexée.
La représentation donnée sur la figure 14 correspond à un commutateur 3x3. La structure illustrée sur la figure 14 est cependant aisément generalisable à un commutateur NxN, et plus généralement à un commutateur NxP.
Sur la figure 14, l'un des substrats 100 et les guides associés 110.1, 110.2, 110.3 sont représentés en traits continus tandis que le second substrat 400 et les guides associés 410.1 , 410.2, 410.3 sont représentés en traits interrompus.
Chaque guide 110, 410 comprend différents tronçons non alignés de sorte que chaque guide 110 prévu sur le substrat 100 présente un segment ou tronçon en regard de chaque guide 410 prévus sur le second substrat 400. Au niveau de chaque ensemble E de telles paires de segments en regard de deux guides 110, 410 appartenant aux deux substrats différents 100, 400, on retrouve la structure de base précitée de commutateur comportant deux zones actives séparées 210, 220 et deux paires d'électrodes orthogonales 310, 312 ; 320, 322. Pour un commutateur NxP, on a ainsi NP de tels ensembles E.
Chacun de ces NP ensembles E peut être commandés individuellement et séparément des autres ensembles.
Plus précisément de préférence les guides 110,410 situés respectivement sur les deux substrats 100 et 400 s'étendent dans des directions généralement orthogonales entre elles.
Par exemple, les guides 110 du substrat 100 s'étendent entre les deux bords 104, 106 du substrat parallèles entre eux.
Les guides 410 du substrat 400 s'étendent entre les deux bords 405, 407 du substrat 400 parallèles entre eux mais orthogonaux aux bords précités 104, 106.
Par ailleurs, les guides 110, 410 ont une géométrie en escalier.
Ainsi, les guides 110 du substrat 100 comprennent des tronçons rectilignes 111 orthogonaux aux bords précités 104, 106 reliés entre eux par des segments rectilignes 113 inclinés par rapport auxdits bords 104, 106 de préférence à 45° de ceux-ci.
De même, les guides 410 du substrat 400 comprennent des tronçons rectilignes 411 orthogonaux aux bords précités 405, 407, reliés entre eux par des segments rectilignes 413 inclinés par rapport auxdits bords 405,
407, de préférence à 45° de ceux-ci, de sorte que lesdits segments 113,
413 soient parallèles entre eux et en regard.
La structure ainsi formée illustrée sur la figure 14 permet de transférer le signal de l'un quelconque des guides 110 vers l'un quelconque des guides 410 (et inversement) par commande et traversée de l'un seulement des ensembles de commutation E.
Ainsi pour transférer un signal appliqué à l'entrée du guide 110.1 , respectivement vers les guides 410.1 , 410.2 ou 410.3, il convient de commander l'ensemble En, E12 ou E13. Pour transférer un signal appliqué à l'entrée du guide 110.2, respectivement vers les guides 410.1 , 410.2 ou 410.3, il convient de commander l'ensemble E21, E22 ou E23.
Plus généralement pour transférer un signal appliqué à l'entrée du guide 110.i vers un guide 410.J, il convient de commander l'ensemble Eij. 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

R E V E N D I C A T I O N S
1. Dispositif électrooptique caractérisé en ce 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).
2. Dispositif selon la revendication 1, 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.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le guide d'onde (110) est rectiligne et affleure l'une des surfaces principales (102) du substrat (100).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, 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 TE0 et TMo.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le cristal liquide nématique (200) possède un indice ordinaire n0 inférieur à l'indice ng du guide d'onde optique (110) et un indice extraordinaire ne supérieur à l'indice ngdu guide optique (110).
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'ancrage du cristal liquide (200) sur la plaque (100) est faible.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, 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.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, 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.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une paire d'électrodes (310, 312 ; 320, 322) disposées respectivement de part et d'autre du guide (110, 410), les électrodes (310, 312 ; 320, 322) étant scindées chacune en deux groupes d'épaisseur inférieure à l'intervalle séparant les deux plaques (100, 400) respectivement adjacents à chaque plaque (100, 400).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer une tension électrique d'une part entre deux électrodes (320a, 322a) portées par une première plaque (100) et d'autre part entre deux électrodes (320b, 322b) portées par la seconde plaque (400) pour définir des champs électriques orientées parallèlement aux plaques.
11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à appliquer une tension électrique d'une part entre une première paire de deux électrodes (312a, 310a) portées respectivement par les deux plaques (100, 400) et d'autre part entre une seconde paire de deux électrodes (312b, 310b) portées également respectivement par les deux plaques (100, 400) pour définir des champs électriques orientées perpendiculairement aux plaques (100, 400).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 , 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.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 , 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.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 , 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.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les deux substrats (100, 400) définissent N(N-1)/2 commutateurs.
16. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé par le fait que certains au moins des guides d'onde (110, 410) possèdent des tronçons courbés.
17. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que certains tronçons des guides (110, 410) prévus sur les deux 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).
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 commutateurs) à un second guide dudit autre substrat.
19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé par le fait que l'un au moins des substrats (100, 400) porte plusieurs guides (110, 410) et que chaque guide (110, 410) comprend différents tronçons non alignés (111 ,113, 411 , 413) de sorte que chaque guide (110) prévu sur un premier substrat (100) présente un segment (113) en regard de chaque guide (410) prévu sur le second substrat (400).
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait que chaque paire de segments en regard de deux guides (110, 410) définit un ensemble comportant deux zones actives séparées (310, 220) et deux paires d'électrodes orthogonales (310, 312 ; 320, 322).
21. Dispositif selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé par le fait que les guides (110,410) situés respectivement sur les deux substrats (100, 400) s'étendent dans des directions généralement orthogonales entre elles.
22. Dispositif selon l'une des revendications 19 à 21 , caractérisé par le fait que chaque guide (110, 410) a une géométrie en escalier formée de tronçons rectilignes parallèles entre eux (111 ; 411) reliés par des segments (113,413) inclinés, de préférence à 45°, par rapport à ces tronçons.
23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, 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.
24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, 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.
PCT/FR2002/002026 2001-06-15 2002-06-13 Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides WO2002103443A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-7002258A KR20030025291A (ko) 2001-06-15 2002-06-13 액정 기반 전기 광학 장치, 특히 스위치를 형성하는 장치
US10/481,224 US6959124B2 (en) 2001-06-15 2002-06-13 Liquid crystal-based electro-optical device forming, in particular, a switch
JP2003505700A JP2004521390A (ja) 2001-06-15 2002-06-13 液晶を用いた電気光学素子、特にスイッチを形成する素子

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0107917A FR2826133B1 (fr) 2001-06-15 2001-06-15 Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides
FR01/07917 2001-06-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2002103443A1 true WO2002103443A1 (fr) 2002-12-27

Family

ID=8864401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2002/002026 WO2002103443A1 (fr) 2001-06-15 2002-06-13 Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6959124B2 (fr)
JP (1) JP2004521390A (fr)
KR (1) KR20030025291A (fr)
CN (1) CN1463378A (fr)
FR (1) FR2826133B1 (fr)
WO (1) WO2002103443A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003012532A2 (fr) * 2001-07-31 2003-02-13 Digilens, Inc. Dispositif optique

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7218799B2 (en) * 2005-03-29 2007-05-15 Analog Devices, Inc. External optical modulator
CN102928999B (zh) * 2012-11-08 2018-05-08 中国科学院光电研究院 可实现高消光比的双电光开关装置
EP2937665B1 (fr) * 2014-04-23 2021-06-16 Hexagon Technology Center GmbH Module de mesure de distance doté d'une unité d'atténuation optique variable à partir d'une cellule LC
CN104730738A (zh) * 2015-03-10 2015-06-24 电子科技大学 一种基于石墨烯的偏振控制器
WO2019109214A1 (fr) * 2017-12-04 2019-06-13 华为技术有限公司 Dispositif de guide d'ondes optique, procédé de commande de dispositif de guide d'ondes optique et support d'informations

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4095869A (en) * 1975-09-29 1978-06-20 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for tuning narrow band wave guide reflectors
JPS62145224A (ja) * 1985-12-19 1987-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光導波路素子
JPH01140124A (ja) * 1987-11-27 1989-06-01 Hitachi Ltd 光学装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4095869A (en) * 1975-09-29 1978-06-20 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for tuning narrow band wave guide reflectors
JPS62145224A (ja) * 1985-12-19 1987-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光導波路素子
JPH01140124A (ja) * 1987-11-27 1989-06-01 Hitachi Ltd 光学装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAO XUE CHEN ET AL: "HIGH-CONTRAST CHANNEL WAVEGUIDE SWITCH WITH TWO SECTIONS OF A NEMATIC LIQUID CRYSTAL COVERING", APPLIED OPTICS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA,WASHINGTON, US, vol. 32, no. 30, 20 October 1993 (1993-10-20), pages 6018 - 6021, XP000398604, ISSN: 0003-6935 *
OKAMURA Y ET AL: "Electrooptic leaky waveguides using nematic liquid crystal", 9TH EUROPEAN CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATION, GENEVA, SWITZERLAND, 23-26 OCT. 1983, 1983, Amsterdam, Netherlands, North-Holland, Netherlands, pages 213 - 216, XP002190267 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 375 (P - 644) 8 December 1987 (1987-12-08) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 391 (P - 926) 30 August 1989 (1989-08-30) *
WILSON T ET AL: "A liquid crystal cut-off modulator for multimode optical waveguides", OPTIK, 1984, WEST GERMANY, vol. 67, no. 1, pages 37 - 41, XP002190266, ISSN: 0030-4026 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003012532A2 (fr) * 2001-07-31 2003-02-13 Digilens, Inc. Dispositif optique
WO2003012532A3 (fr) * 2001-07-31 2003-07-03 Digilens Inc Dispositif optique

Also Published As

Publication number Publication date
US6959124B2 (en) 2005-10-25
KR20030025291A (ko) 2003-03-28
FR2826133A1 (fr) 2002-12-20
US20040202398A1 (en) 2004-10-14
CN1463378A (zh) 2003-12-24
FR2826133B1 (fr) 2003-12-19
JP2004521390A (ja) 2004-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0141714B1 (fr) Modulateur optique
EP2513715B1 (fr) Dispositif et procede pour la guidage des ondes optiques
EP3009879A1 (fr) Modulateur de phase électro-optique et procédé de modulation
EP0869377B1 (fr) Composant d&#39;optique intégrée avec effet de polarisation
EP0783118A1 (fr) Démultiplexeur en longueur d&#39;onde
WO2012101349A1 (fr) Cellule electro- optique massive ayant une structure fine et a base de materiaux a coefficients electro - optiques geants, son procede de fabrication
FR2668615A1 (fr) Separateur de polarisations pour lumiere guidee.
EP0816896B1 (fr) Composant électrooptique
WO2002103443A1 (fr) Dispositif electrooptique, formant notamment commutateur, a base de cristaux liquides
FR2786887A1 (fr) Modulateur de phase a semi-conducteur
FR2763767A1 (fr) Systeme de commutation optique spatiale a deflecteur acousto-optique multicanaux
FR2986623A1 (fr) Circuit optique integre a reflexion primaire attenuee
WO2006067101A1 (fr) Source laser a recombinaison coherente de faisceaux
WO2002054142A1 (fr) Dispositif de controle de polarisation dans une liaison optique
US20040126056A1 (en) Optical switches having a common waveguide for improved switch performance
EP0783127B1 (fr) Coupleur interférométrique Mach-Zehnder à fibre optique monomode
US7209607B2 (en) Optical space-switching matrix
US6778726B2 (en) Optical switch
FR2780520A1 (fr) Modulateur d&#39;intensite optique et son procede de fabrication
CN113204149A (zh) 光纤集成光开关、制造方法及光开关方法
FR2608784A1 (fr) Dispositif de commutation optique a plusieurs entrees et plusieurs sorties
WO2016035063A1 (fr) Guide d&#39;ondes à cristal photonique
CN116560111A (zh) 偏振无关器件及装置、光网络系统
FR2725048A1 (fr) Dispositif de modulation de phase utilisant l&#39;effet electroclinique dans un cristal liquide en phase chirale smectique a*
FR2840415A1 (fr) Procede de realisation de microguides optiques a tres faibles pertes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ OM PH PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020037002258

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 02802110X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020037002258

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10481224

Country of ref document: US

Ref document number: 2003505700

Country of ref document: JP

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase