WO2006054026A1 - Dispositif d'egalisation de chemins optiques suivis par une pluralite de faisceaux optiques - Google Patents

Dispositif d'egalisation de chemins optiques suivis par une pluralite de faisceaux optiques Download PDF

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WO2006054026A1
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optical
deflection
beams
plane
module
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Serge Valette
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3554—3D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a volume
    • G02B6/3556—NxM switch, i.e. regular arrays of switches elements of matrix type constellation

Definitions

  • the present invention relates to a device for equalizing optical paths followed by a plurality of optical beams in free space.
  • This equalization device is that of the multichannel optical systems that can be used to notably route optical signals. These optical systems are becoming increasingly important with the development of high-speed optical telecommunication networks.
  • optical beams traverse the free space between an input plane and an output plane.
  • Basic optical components operating in reflection or refraction are located in these planes and interact with the optical beams. They are arranged in a bar or matrix. These are for example mirrors or lenses, the latter can be used alone or take the form of doublets or even more or less complex objectives.
  • FIGS. 1A, 1B These multi-channel optical systems often contain arrangements such as those illustrated in FIGS. 1A, 1B.
  • Parallel optical beams 1 are shown which are each reflected on a mirror 2 of a set of mirrors with the same angle of incidence ⁇ .
  • the mirrors 2 are located in the same plane called entry plane Pe. This angle of incidence ⁇ is measured with respect to a normal to the entry plane Pe.
  • the latter By construction and to ensure the final separation of the optical beams 1 after their reflection on the mirrors 2, the latter must have a non-zero angle of incidence ⁇ .
  • the optical beams 1 reflected by the mirrors 2 are then each directed on a lens 3, the lenses 3 are placed in the same plane called output plane Ps.
  • each of the lenses 3 it is of course possible, as shown in FIG. 1B, to incline each of the lenses 3 by an angle ⁇ so that each optical beam 1 which enters the lens 3 is normal to the focal plane (image or object) of the latter .
  • the manufacture of a bar of inclined lenses is not easy and the complication increases during the manufacture of a lens matrix in that it is no longer coplanar.
  • a very precise splicing of lens strips must be done to obtain a suitable matrix since the assembled strips are no longer coplanar.
  • the purpose of the present invention is to propose, in order to overcome the problems mentioned above, a device for equalizing optical paths of optical beams parallel to each other, in free space, between two planes of which one of them is a plane of reflection.
  • the optical path equalization device comprises a set of N parallel passive mirrors but not coplanar, each of them intercepting with a same angle an optical beam on its path between the two planes.
  • the angle of interception of the mirrors play and the spacing of these mirrors depend on the optical beams and in particular their spacing and their inclination between the plane of reflection and the set of mirrors.
  • the present invention is a device for equalizing optical paths of a plurality of parallel optical beams propagating in free space between two planes, one of which is a plane of reflection. Each of these optical beams has a point of impact associated with these planes.
  • the mirrors of the mirror set can be oriented so that the auxiliary optical beams and the second portions of the optical beams are located on the same side with respect to the first sections of the optical beams.
  • the mirrors of the mirror set can be oriented so that the auxiliary optical beams and the second portions of the optical beams are situated on either side of the first sections of the optical beams.
  • the mirrors of the mirror set can be grouped on the same face of a single support, this face having a relief with steps.
  • the present invention also relates to a dual device for equalizing optical paths of parallel optical beams propagating in free space between an input plane and an output plane.
  • the latter comprises two optical path equalizing devices, said elementary devices, thus characterized, arranged so that the plane of reflection relative to one of the elementary devices and the plane of reflection relative to the other of the elementary devices form a common plane and that the other plane relating to one of the elementary devices is the plane of entry and the other plane relating to the other elementary device is the exit plan.
  • the sole support of one of the elementary devices and the sole support of the other elementary device are contiguous, so that the faces on which are grouped the mirrors of the games resemble those of slopes of a roof. V returned with inclined steps following the slope of the roof slopes.
  • the common plane is perpendicular to the other plane of each of the elementary devices.
  • the present invention also relates to an optical N-channel deflection module comprising at least one N-channel optical deflection block formed of such a double optical path equalization device which cooperates with optical deflection means, the deflection means optical means being placed in the common plane relating to the double optical path equalization device, the optical deflection means comprising N optical deflection elements and the double optical path equalization device comprising two sets of N fixed mirrors.
  • the optical deflection elements may be digital mirrors able to tilt around at least one axis so as to take mechanically defined angular positions.
  • optical deflection module comprises several optical deflection blocks
  • optical conjugation means being inserted between two successive optical deflection blocks, one being upstream and the other being downstream of the optical deflection means.
  • the optical conjugation means may be afocal and have a given magnification.
  • the optical conjugation means may comprise at least one optical conjugation module with at least one optical conjugation element which cooperates with several optical channels of the upstream optical deflection block and / or the downstream optical deflection block.
  • the optical conjugation means may comprise as many optical conjugation modules as optical channels, these optical conjugation modules each cooperating with a path of the upstream optical deflection block and a path of the downstream optical deflection block.
  • the optical conjugation module may comprise a cascade of several optical conjugation elements of lens or mirror type.
  • the present invention also relates to an optical routing device capable of coupling each of a plurality of Ne optical input channels to any one of a plurality of Ns optical output channels and to orient each of the optical beams arriving by them.
  • optical input channels to any of the optical output channels. It comprises a cascade traversed by the optical beams with an input optical deflection module with no input channels, a connection module and an output optical deflection module with Ns output channels. It is characterized in that the input and output optical deflection modules are in accordance with those described above.
  • the link module may be of the reflective or refractive type.
  • the routing device may furthermore comprise, upstream of the input optical deflection module, an input shaping module capable of shaping the optical beams before they enter the deflection module. optical input.
  • the routing device may further comprise, downstream of the optical output deflection module, an output shaping module capable of shaping the optical beams before they enter the optical output channels.
  • the input and output formatting modules can be refractive or reflective.
  • the input and output formatting modules may be afocal systems that have a given magnification (G ').
  • FIGS. 1A, 1B show reflective optical systems devoid of optical path equalization device
  • FIGS. 2A and 2B show two examples of optical path equalization devices according to the invention in a first embodiment
  • FIGS. 3A, 3B, 3C show three examples of optical path equalization devices according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 4 shows an optical path equalization device of the prior art
  • FIG. 5 shows a double device for equalizing optical paths according to the invention in an optical deflection module application
  • Figs. 6A, 6B show two examples of an optical deflection module employing the dual optical path equalization device of Fig. 5
  • FIGS. 7A to 7E show various variants of routing devices according to the invention using optical deflection modules conforming to that of FIG. 5.
  • optical beams are represented by their average trajectory.
  • FIGS. 2A, 2B show examples of a device for equalizing optical paths 10 of a plurality of parallel optical beams f1, f2 propagating in free space between two planes P1, P2.
  • the direction of propagation can be from plane Pl to plane P2 or vice versa. This is why some figures mention a direction of propagation and others the opposite direction and some nonsense.
  • One of these planes Pl is a plane of reflection and the optical beams fl, f2 possess each a point of impact Al, A2 with the reflection plane Pl.
  • This reflection plane Pl is common to all the optical beams fl, f2.
  • the points of impact Al, A2 all belong to the plane of reflection Pl common.
  • the optical beams f 1, f 2 which propagate in the vicinity of the reflection plane P 1, between the reflection plane P 1 and the other plane P 2 all have the same non-zero angle ⁇ with respect to a normal to the plane of reflection P1 at the point of impact of the beam f1, f2 with the reflection plane Pl.
  • each of them is comparable to a beam reflected by the plane of reflection P1 or to a beam incident on the plane of reflection Pl, according to the direction of propagation.
  • the references f1 ', f2' represent auxiliary optical beams which are symmetrical with the optical beams f1, f2 with respect to a normal at the points of impact A1, A2. They are parallel.
  • optical beams f1, f2 are shown, but there can be many more and in this case case the optical beams can be either coplanar (yoz plane) are distributed in matrix in space (o, x, y, z).
  • the reflection plane P1 includes one or more mirrors M1, M2 cooperating with the beams f1, f2 which are then either reflected beams or incident beams. When there are several mirrors, each of them preferably cooperates with one of the optical beams as in FIG. 2A. In FIG. 2B, the reflection plane Pl, accommodates a single mirror M.
  • the mirror or mirrors M1, M2 embodying the plane of reflection P1 can be passive, that is to say fixed.
  • the mirrors M1, M2 may be active, that is to say mobile.
  • This latter configuration will be used in an optical deflection module using the optical path equalizer device object of the invention as will be seen later.
  • the mirrors are mobile, it is the points of impact Al, A2 which materialize the plane of reflection Pl, they are coplanar. In fact the mirrors are able to tilt around one or more axes, and these axes are in the plane of reflection Pl.
  • the other plane P2 is normal to optical beams fl, f2 which cooperate with it.
  • Each optical beam fl, f2 has a point of impact with the other plane P2 which is denoted respectively Bl, B2.
  • the optical path equalizing device 10 object of the invention is inserted in the path of the parallel optical beams fl, f2 between the planes P1 and P2. It comprises a set of mirrors millet, mi2, passive, each of them intercepting one of the parallel optical beams fl, f2. Intercept points are marked 01, 02 respectively.
  • the mirrors mil, mi2 of the game all have the same intercept angle ⁇ with respect to the optical beam f1, f2 that it intercepts. These mirrors mil, mi2 are parallel but they are not coplanar.
  • Each parallel optical beam f1, f2 has a first wire section, f21, situated between the reflection plane P1 and the optical path equalization device 10, which corresponds to the segment 01A1, O2A2 respectively and a second section f2, f22 located between the optical path equalization device 10 and the other plane P2, which corresponds to the segment 01B1, O2B2.
  • the distance separating the interception points 01, 02 on the mirrors mil, mi2 of the optical beams fl, f2 of the pair is denoted d '. It is measured parallel to the distance separating the auxiliary optical beams fl ', f2'.
  • the optical path equalization device must be adapted to the configuration of the optical beams fl, f2 with which it will cooperate.
  • the optical path equalization device will make the optical paths AlO1B1 and A2O2B2 equal.
  • the pair of parameters of 'and ⁇ linking two by two the mirrors mil, mi2 of the optical path equalization device 10 depends on the configuration of the optical beams fl, f2 and more particularly on their spacing and their angle ⁇ incidence or reflection.
  • This construction, illustrated in FIG. 2B, is simple to obtain especially when the interception and impact points are centers of mirrors.
  • the mirrors mil, mi2 of the mirror set are arranged in such a way that the auxiliary optical beams f'1, f'2 and the second portions fl2, f22 of the optical beams f1, f2 are located on the same side relative to the first sections of optical beams fl, f2.
  • the angle ⁇ is counted in the opposite direction to that of the clockwise between the first wire segment, fl2 optical beam millet mirror, mi2.
  • the mirrors m1, mi2, mi3, mi4 of the set of mirrors it is possible for the mirrors m1, mi2, mi3, mi4 of the set of mirrors to be arranged in such a way that the beams auxiliary optics fl, f'2, f'3, f '4 and the second sections fl2, f22, f32, f42 of the main optical beams fl, f2, f3, f4 are situated on either side of the first wire segments, f21, f31, f41 optical beams fl, f2, f3, f4.
  • the optical beams intersect or not on both sides of the millet mirrors to mi4.
  • Y has been called the angle of the straight line connecting the interception points 01, 02 of mirrors mil, mi2 of the pair with respect to the optical beam fl, f2 intercepted by one of the mirrors mil, mi2.
  • This angle Y is different from the intercept angle ⁇ .
  • FIG. 4 schematizes such a device in a configuration similar to that of FIG. 3C.
  • the magnitude equivalent to d has been noted from.
  • the angle of inclination of the straight line which links the intercept points 01, 02 with respect to one of the mirrors ⁇ 1, ⁇ 2 is equal to the angle ⁇ (angle of inclination of a mirror ⁇ l, ⁇ 2 by ratio to the optical beam f1, f2 intercepted by the mirror).
  • the positioning of the mirrors will be done by taking the optical beams in pairs and applying one of the preceding formulas to the pair of optical beams. If all the optical beams are equidistant, the interception points Ol to 04 on the mirrors of the game will also be equidistant. As a result, if all the mirrors are identical, they will form a regular network or matrix of mirrors.
  • FIG. 5 is a reference.
  • two elementary optical path equalization devices 10a, 10b are described as previously described. These devices are comparable to that of FIG. 3A, but they could have been considered to be comparable to that of FIG. 2.
  • Such a dual device for equalizing optical paths 100 comprises two sets of passive mirrors mila, mi2a, mi3a, mi4a, milb, mi2b, mi3b, mi4b, the mirrors of a set being parallel but not coplanar.
  • the mirrors of the two games have the same intercept angle ⁇ .
  • These two devices 10a, 10b cooperate with an arrangement such that the reflection plane relating to an optical path equalization device is coincident with the reflection plane relative to the other device 10b.
  • the common plane is referenced Plab.
  • This common plan Plab is a reflection plan. It is oriented perpendicular to the other planes P2a, P2b, relative to the two devices 10a, 10b, which are distinct and parallel.
  • the input plane P2a is the other plane relating to one of the elementary optical path equalization devices 10a and the output plane P2b is the other plane relating to the other elementary optical path equalization device 10b.
  • the optical beams f1, f2, f3, f4 are formed of four successive sections: the second and first sections fl2a, f22a, f32a, f42a, fila, f21a, f31a, f41a of the first optical path equalization device elementary element 10a between the first of the other planes P2a and the common plane Plab and the first and second sections fllb, f21b, f31b, f41b of the second elementary optical path equalization device 10b between the common plane Plab and the second of the other planes P2b .
  • the first sections fila, f21a, f31a, f41a of optical beams f1 to f4, derived from the first elementary optical path equalization device 10a are reflected by the common plane Plab and returned to the second equalizing device of FIG. elementary optical paths 10b taking the form of the first sections fllb, f21b, f31b, f41b optical beams.
  • the mirrors mila, mi2a, mi3a, mi4a, milb, mi2b, mi3b, mi4b of the two elementary optical path equalization devices 10a, 10b are positioned relative to one another accordingly.
  • Such a dual device for equalizing optical paths 100 has the advantage that the mirror sets of the elementary devices can be located on the slopes of an inverted V-shaped roof device with steps inclined according to the slope of the slopes of the device. roof. The mirrors are arranged on these steps.
  • Such a double device for equalizing optical paths 100 also has the function of making the second sections fl2a, f22a, f32a, f42a of optical beams of the first device for equalizing optical paths parallel to the second sections fl2b, f22b, f32b, f42b optical beams of the second elementary optical path equalization device 10b. This was not the case with the elementary optical path equalization device.
  • Such a dual device for equalizing optical paths 100 also has the function of reversing the order of the second optical path segments 102a, f22a, f32a, f42a of the first elementary optical path equalization device 10a with respect to the order second optical path bundles fl2b, f22b, f32b, f42b of the second elementary optical path equalization device 10b. This reversal must be taken into account when using such a dual device in a more complex system.
  • the reflection plane Plab comprises optical deflection means 21 formed by a series of optical deflection elements edl to ed4.
  • the number of optical deflection elements edl to ed4 corresponds to the number N of channels.
  • the number of passive mirrors mila, mi2a, mi3a, mi4a per game also corresponds to the number of lanes.
  • the optical deflection elements edl to ed4 are orientable mirrors capable of taking two or more angular positions as described in the patent application FR-A-2 821 678.
  • mirrors preferably micro - mirrors
  • These angular positions can be taken by tilting the mirror around a single tilting axis or around several axes.
  • These mirrors may for example have two tilt axes and two angular positions per axis.
  • These stable angular positions of the mirror can be defined by stops against which the mirror comes into contact. No stop has been shown to avoid overloading the figures.
  • a tilting axis would be in the plane of the sheet. We therefore have an axis perpendicular to the sheet and an axis perpendicular to the first axis in the plane of the mirrors.
  • optical deflection elements it is not necessary to describe in more detail the optical deflection elements or their control because they are optical components well known in the field of optical telecommunications.
  • the optical paths are materialized by the optical beams F1 to F4 upstream and downstream of the double device for equalizing optical paths 100.
  • the optical deflection means 21 receive the optical beams F1 to F4 which propagate along these optical paths and the optical beams. deflect by making each take a direction from among several possible.
  • the first set of mirrors mila at mi4a equalizes the distance between the first other plane P2a and the common plane Plab and the second set of mirrors equalizes the distance between the common plane Plab and the second other plane P2b.
  • the optical beams undergo three successive reflections, the first at the level of the first optical path equalization device 10a, upstream of the optical deflection means 21, the second at the level of the means. 21 and the third at the second optical path equalizing device 10b, downstream of the optical deflection means 21.
  • a simplified optical deflection module like that of FIG. say with a single double optical path equalization device 100 and deflection means 21, is called optical deflection block. It is possible to construct a more complex optical deflection module in which the optical beams can take even more angular positions, by cascading several optical deflection blocks 201, 202 separated by optical conjugation means 40.
  • optical deflection elements capable of taking few stable angular positions (for example two per tilting axis).
  • M optical deflection elements it is possible to generate 2 M angular positions for optical deflection elements having a tilting axis and two positions per axis and 4 M angular positions for optical deflection elements having two tilt axes and two positions per axis.
  • FIGS. 6A, 6B two optical deflection blocks 201, 202 are shown in cascade.
  • the sets of fixed mirrors m of each of the double optical path equalization devices 100 comprise as many mirrors m as optical channels, ie N.
  • the optical deflection means 21, 22 of each of the blocks of optical deflection 201, 202 are placed in the common plane Plabl, Plab2 relative to the respective double optical path equalization device.
  • Such optical deflection means 21, 22 also comprise N (in the example N is 4 if one works in a plane or 16 if one works in space) elementary optical deflection elements ed.
  • the optical conjugation means 40 extend between the second of the other P2bl planes of one of the dual optical path equalization device 31 and the first of the other planes P2a2 of the other double optical path equalization device 32
  • the optical conjugation means 40 comprise one or more optical conjugation modules 40.1 each formed of several optical conjugation elements 40.1a, 40.1b in cascade, these optical conjugation elements being of lens or mirror type (as in FIG. 7C).
  • Each element of Optical deflection and optical deflection means 21 of an optical deflection block (referenced 201, for example) in the cascade is optically conjugated with the optical deflection element ed which follows it or precedes it from the optical deflection means of an optical deflection member.
  • another optical deflection block referenced 202 for example
  • At least one of the optical conjugation elements 40.1a, 40.1b is common to several optical beams that are derived from one of the optical path equalization devices 31 and thus to several optical paths.
  • the optical conjugation means 40 are formed of a single optical conjugation module 40.1.
  • This module is a doublet of lenses 40.1a, 40.1b.
  • the lenses of the doublet are common to all the channels N.
  • the optical conjugation means 40 are formed of several optical conjugation modules in parallel, a module being common to at least two optical channels.
  • the lenses 40.1a, 40.1b of the doublet are traversed by the optical beams F1 to F4 which are derived from the first dual optical path equalization device 31 and which have been deflected by the optical deflection means 21 of the optical deflection block 201
  • the optical beams F1 to F4 At the passage of the optical conjugation means 40, there is a reversal of the order of the optical beams F1 to F4.
  • the optical beams F1 to F4 at their output from the optical conjugation means 40 attack the dual optical path equalization device 32 of the other optical deflection block 202 and they will be deflected by the optical deflection means 22 of this block 202.
  • the optical conjugation means 40 form an afocal system which will have a given magnification G. This magnification can be equal to unity or not.
  • the pitch of the mirrors m of the mirror sets is identical from a double device for equalizing optical paths 31 to another 32. It is the same for the pitch of the optical deflection elements ed of an optical deflection block 201 to another 202.
  • This configuration has the advantage of maintaining perfect symmetry of an optical deflection block 201 to another 202 and be particularly simple to achieve.
  • magnification G is different from one, in this case the mirror sets m of the two double optical path equalization devices 31, 32 will be configured in the appropriate manner.
  • the optical deflection module can operate in the best conditions and in particular that the cascade configuration allows the multiplication of the angular deflection positions of each of the optical beams fl to f4 so one-to-one and with approximately constant angular differences, it is arranged that the angular excursion of the optical deflection elements ed of the optical deflection block 202 located downstream of the optical conjugation means 40 is twice that of the elements of optical deflection ed of the optical deflection block 201 located upstream of the optical conjugation means 40 and when the optical deflection elements comprise two angular positions per axis of tilting.
  • the optical beams can be assimilated to Gaussian beams.
  • Gaussian beams have the property of remaining Gaussian during a succession of optical conjugation.
  • Their minimum radius ⁇ commonly called "waist" (tightening or size in English) determines the characteristics of the optical beam and in particular its divergence.
  • the minimum radius ⁇ and the distance d between two neighboring beams are multiplied by the magnification G after each passage through the optical conjugation means 40.
  • the magnification G equal to unity makes it possible to keep this identical distance from one optical deflection block 201 to another 202
  • the dual optical path equalizing devices 31, 32 may be identical from one block 201 to another 202.
  • FIGS. 7D and 7E show a routing device comprising optical deflection modules 201, 202, 203 whose optical conjugation means 40 have a magnification different from one.
  • the dual devices for equalizing optical paths 100 are different in size. They are bound by a relationship of proportionality.
  • the mirrors of the latter have a size and a position adapted to the optical beams that they will intercept and reflect.
  • the optical conjugation means 40 instead of comprising an optical conjugation module common to several optical channels, comprise an optical conjugation module 40.1 optically. These modules are formed of a doublet of lenses 40.1a, 40.1b. Each of these lenses is crossed only by one of the optical beams f1 to f4. The lenses of the same plane can be grouped together in a bar or matrix.
  • the minimum radius ⁇ and the distance d are independent and only the minimum radius ⁇ is affected by the magnification. At each passage through the optical conjugation means, this minimum radius ⁇ is multiplied by the magnification G. The distance d remains constant on both sides of the optical conjugation means.
  • This last configuration is better in the case where there are not too many optical beams in play because otherwise the positioning of the lenses quickly becomes difficult.
  • the configuration of Figure 6A is suitable for configurations where many optical beams are involved.
  • the configuration of Figure 6A uses far fewer optical components than that of Figure 6B. It can use conventional lenses at low cost and their positioning is much simpler than when using at least one lens optically.
  • the only constraint presented by the configuration of FIG. 6A is that the optical conjugation means with the lens doublet must have more severe field angle and numerical aperture performance than those required for each individual lens of the array or the lens. matrix. However this constraint is not a problem given the range of lenses available on the market today.
  • optical deflection module 201, 202 comprising optical conjugation means 40 while allowing the optical deflection means to work with a non-zero angle of incidence to ensure the desired spatial separation between the incident optical beam and reflected to maintain an identical object-image optical conjugation relationship for each of the optical channels N.
  • the optical conjugation means then work with a substantially zero incidence which avoids introducing optical aberrations.
  • FIGS. 7A to 7E show routing devices using optical deflection modules 201 to 203 comparable to those of FIGS. 5 and 6.
  • a routing device is provided for coupling each of a plurality of Ne optical input channels to any of a plurality of Ns optical output channels and for orienting optical beams f conveyed by the Ne input channels. to any one of the Ns optical output channels.
  • routing devices described below are of the NXN type and this NXN notation indicates that the routing devices can simultaneously route N optical beams by making them each take one of N possible positions between the input and output of the device. It is understood that the routing devices could be NXM type.
  • a routing device comprises a cascade traversed by the optical beams f delivered by the Ne optical input channels, this cascade comprising an optical input deflection module MDE, an optical output deflection module MDS and between the two a module ML binding.
  • the optical input deflection module MDE is able to generate for each of the optical beams arriving through the Ne optical input channels a number of potential angular positions at least equal to the number Ns of optical output channels.
  • the optical output deflection module MDS is capable of intercepting all the optical beam passing through the link module ML and delivering as many optical beams as optical output channels.
  • the MDE optical input deflection module and the MDS output optical deflection module are comparable to those described in FIGS. 5 or 6.
  • the MDE optical input deflection module and the MDS output optical deflection module have structures symmetrical with respect to the ML link module only in the case of an NXN routing device. If the routing device is NXM type the number of optical deflection blocks can be different in the input optical deflection module and in the optical output deflection module.
  • the ML bonding module may be of refractive type formed of at least one lens or reflective of at least one mirror. Its function is to transform all the angular directions of the optical beams f coming out of the MDE optical input deflection module into a set of spatial positions for the optical beams f that will enter the MDS optical output deflection module. Such an ML link module does not pose a problem to a person skilled in the art.
  • the Ns optical output channels are materialized by a bouquet of optical fibers fos.
  • the optical beams f arrive in the routing device via the input optical fibers f o and leave them via the output optical fibers fos.
  • an MFE input shaping module for shaping the optical beams f arriving by the input fibers foe to adapt them to the module.
  • MDE optical input deflection downstream of the MDS output optical deflection module
  • an output shaping module MFS for shaping the optical beams f from the output optical deflection module MFS to adapt them to the fibers. fos optical output in which they will propagate.
  • the shaping is intended to give the beams f an appropriate divergence and minimum radius.
  • the MFE, MFS formatting modules have a given magnification G 'which may or may not be equal to one.
  • the magnification G ' may be equal to that G of the optical conjugation means 40 or optical deflection modules MDE input or output.
  • the MFE, MFS formatting modules are afocal systems.
  • the MFE, MFS shaping modules may be formed of one or more lenses. In some figures 7, they take the form of doublets but many other configurations are possible. The two lenses of the doublet are traversed by all the beams f, but it would have been possible to provide several lenses in parallel, each traversed by an optical beam or a fraction of the optical beams involved. These lenses can be grouped into a matrix. In Figure 7B, it is assumed that they are reflective.
  • the optical deflection modules MDE, MDS comprise only an optical deflection block 201 with a double optical path equalization device 100 which cooperates with optical deflection means 21.
  • Each of the optical deflection elements and optical deflection means 21 can tilt about two axes and take two mechanically defined positions for each of the axes.
  • Only the routing device of FIG. 7A is shown complete.
  • the routing devices of FIGS. 7B through 7E are only partially represented. They comprise only a first part which goes from the input optical fibers foe to the input optical deflection module MDE and the link module ML. The portion that goes from the optical output deflection module to the output optical fibers is omitted, but it would be symmetrical to the first part with respect to the link module ML.
  • the MDE and output optical deflection modules comprise a cascade with two optical deflection blocks 201, 202 separated by means
  • the magnification of the optical conjugation means 40 is 1 and this choice is advantageous because the two optical deflection blocks 100 of an optical deflection module MDE are identical.
  • Each of the lenses of the optical conjugation means 40 is traversed by all the optical beams f brought into play.
  • Each of the optical deflection elements ed can switch around two axes and take two mechanically defined positions for each of the axes.
  • the MFE input optical deflection module has a magnification of four.
  • size of the optical beams downstream of the MFE input shaping means 80 microns.
  • size of the optical beams upstream of the MFE input shaping means 20 microns.
  • the optical conjugation means 40 have a magnification of one and the distance separating the two conjugating elements which constitute them is 2fl.
  • the focal length of each of the lenses that constitute them is f1.
  • the magnitude F ML represents the focal length of the link module ML.
  • the angle ⁇ of interception of the mirrors of the double optical equalization devices with the optical beams is chosen equal to 20 °. This could take other values but it is recommended to choose it too small because otherwise the optical deflection means will be rejected too high, or too large otherwise the length of the optical deflection module MDE will be too large. This angle conditions the bulk of the optical deflection module.
  • Figure 7B illustrates the different lengths of the constituents of the portion of the routing device shown.
  • the distance L1 between the input optical fibers f0 and the input of the input shaping module MFE is 6F0 about 9 millimeters.
  • the distance L2 between the input and the output of the optical deflection block 202 is about 5 millimeters.
  • the distance L3 between the input and the output of the optical conjugation means 40 is approximately 2 ft, ie 10 mm.
  • the distance L4 between the input and the output of the optical deflection block 201 is about 5 millimeters.
  • the distance L5 between the input and the output of the link module ML is about 2 millimeters. This gives a total length L ⁇ of approximately 31 millimeters.
  • the MDE and output optical deflection modules comprise a cascade with three optical deflection blocks 201, 202, 203 two consecutive blocks being separated by optical conjugation means 40. They have a magnification of one. Of course, one could have used optical conjugation means in accordance with those illustrated in FIG. 6A.
  • the magnification of the optical conjugation means 40 is 1 and the three optical deflection blocks 201, 202, 203 of a module are identical. It is assumed that the optical conjugation means are reflective with mirrors which cooperate with all the optical beams involved.
  • Each of the optical deflection elements and the optical deflection means 21, 22, 23 can swing about two axes and take two mechanically defined positions for each axis. In the two preceding configurations, the angular excursion of the optical deflection elements of an optical deflection block is twice that of optical deflection elements of the optical deflection block which precedes it.
  • the MDE and output optical deflection modules comprise a cascade with two optical deflection blocks 201, 202 separated by optical conjugation means 40. They have a magnification of two. The magnification of the optical conjugation means 40 is 2 and the two optical deflection blocks 201, 202 of a module are different in size.
  • Optical conjugation means 40 are similar to those shown in Figure 6B.
  • Each of the lenses of the optical conjugation means 40 is traversed by a single optical beam f.
  • Each of the optical deflection elements and optical deflection means 21, 22 can tilt about two axes and take two mechanically defined positions for each of the axes.
  • the optical conjugation means 40 comprise lens arrays each lens being traversed only by an optical beam.
  • the MDE and output optical deflection modules comprise a cascade with three optical deflection blocks 201, 202, 203, two consecutive blocks being separated by optical conjugation means 40. They have a magnification of two.
  • the magnification of the optical conjugation means 40 is 2 and the three optical deflection blocks 201, 202, 203 of a module are different in size.
  • Each of the deflection elements optic optical deflection means 21, 22, 23 can switch around two axes and take two mechanically defined positions for each of the axes.
  • a routing device is much simpler than that described in the patent application FR-A-2 821 68. It is also more compact thanks to the use of double devices for equalizing optical paths and easier assembly through use in optical conjugation means of lenses for multiple optical paths. It uses commercially available optical components at low cost. These three improvements will lead to a significant decrease in the cost of the complete routing device.
  • optical conjugation means could be in accordance with those illustrated in FIG. 6B or be intermediate between those illustrated in FIGS. 6A and 6B.

Landscapes

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Abstract

Dispositif d'égalisation de chemins optiques de faisceaux optiques (f1, f2) parallèles entre deux plans (P1, P2) avec un plan de réflexion. Ces faisceaux ont un impact (A1, A1, B1, B2) avec les plans. Il comporte des miroirs parallèles interceptant chacun un des faisceaux en un point (O1, O2). Chaque faisceau comporte un premier tronçon (f11, f12) entre le plan de réflexion (P1) et un miroir et un second tronçon (f12, f22) entre le miroir et l'autre plan (P2). Deux miroirs et les tronçons des faisceaux qu'ils interceptent autorisent que les deux points (O1, O2) soient séparés d'une distance (d''), parallèle à une distance (d') séparant deux faisceaux auxiliaires (f1', f2') symétriques d'un des premiers tronçons par rapport à une normale au plan de réflexion à l'impact associé, et que l'angle (?) des miroirs par rapport aux faisceaux vérifient: d''(1-cos2?) = d'[sin2f(tgf - sin2?) - cos2f] avec f angle entre les tronçons et une normale au plan de réflexion à l'impact.

Description

DISPOSITIF D'EGALISATION DE CHEMINS OPTIQtJES SUIVIS PAR UNE PLURALITE DE FAISCEAUX OPTIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif d'égalisation de chemins optiques suivis par une pluralité de faisceaux optiques en espace libre.
Le domaine d' application de ce dispositif d'égalisation est celui des systèmes optiques multivoies utilisables pour faire notamment du routage de signaux optiques. Ces systèmes optiques prennent une importance croissante avec le développement des réseaux de télécommunication optiques à haut débit.
Dans ce type de systèmes optiques de nombreux faisceaux optiques parcourent l'espace libre entre un plan d'entrée et un plan de sortie. Des composants optiques de base fonctionnant en réflexion ou en réfraction sont situés dans ces plans et interagissent avec les faisceaux optiques. Ils sont agencés en barrette ou en matrice. Il s'agit par exemple de miroirs ou de lentilles, ces dernières pouvant être utilisées seules ou prendre la forme de doublets ou même d'objectifs plus ou moins complexes.
Ces agencements en barrette ou en matrice peuvent dénombrer de quelques composants optiques à quelques milliers de composants optiques. ETAT DE LA TECHNIQtJE ANTERIEtJRE
On trouve souvent dans ces systèmes optiques multivoies des montages tels que ceux illustrés aux figures IA, IB. On a représenté des faisceaux optiques 1 parallèles qui se réfléchissent chacun sur un miroir 2 d'un ensemble de miroirs avec un même angle d'incidence α. Les miroirs 2 sont situés dans un même plan dit plan d'entrée Pe. Cet angle d' incidence α est mesuré par rapport à une normale au plan d'entrée Pe.
Par construction et pour assurer la séparation finale des faisceaux optiques 1 après leur réflexion sur les miroirs 2, ces derniers doivent présenter un angle d'incidence α non nul. Les faisceaux optiques 1 réfléchis par les miroirs 2 sont ensuite dirigés chacun sur une lentille 3, les lentilles 3 sont placées dans un même plan dit plan de sortie Ps.
Une contrainte existe dans de tels montages. Tous les chemins optiques suivis par les faisceaux optiques 1 entre le plan d'entrée Pe et le plan de sortie Ps doivent être égaux. Cette contrainte ne peut être assurée que si les faisceaux optiques 1 réfléchis présentent avec le plan de sortie Ps l'angle d'incidence α comme illustré sur la figure IA. Or cette configuration est loin d'être favorable car elle fait travailler les lentilles 3 en incidence oblique et elle n'est pas envisageable en termes d'aberrations optiques avec des lentilles conventionnelles. Ceci est d'autant plus vrai que l'angle d'incidence α dépasse des valeurs typiques de l'ordre de 3° à 10°. Ce problème peut bien sûr être résolu avec l'emploi de lentilles spéciales calculées pour travailler dans ces conditions. Mais de telles lentilles sont très chères et leur utilisation en grand nombre pénaliserait trop fortement sur le plan économique de tels systèmes optiques multivoies.
Il est bien sûr possible, comme représenté sur la figure IB, d'incliner chacune des lentilles 3 d'un angle α pour que chaque faisceau optique 1 qui entre dans la lentille 3 soit normal au plan focal (image ou objet) de cette dernière. Mais la fabrication d'une barrette de lentilles inclinées n'est pas aisée et la complication s'accroît lors de la fabrication d'une matrice de lentilles dans la mesure où celle-ci n'est plus coplanaire. Un aboutage très précis de barrettes de lentilles doit être réalisé pour obtenir une matrice convenable puisque les barrettes assemblées ne sont plus coplanaires.
EXPOSÉ DE I/ INVENTION La présente invention a pour but de proposer, en vue de s'affranchir des problèmes évoqués ci-dessus, un dispositif d'égalisation de chemins optiques de faisceaux optiques parallèles entre eux, en espace libre, entre deux plans dont l'un des deux est un plan de réflexion.
Pour y parvenir, le dispositif d'égalisation de chemins optiques selon l'invention comporte un jeu de N miroirs parallèles passifs mais non coplanaires, chacun d'entre eux interceptant avec un même angle un faisceau optique sur son chemin entre les deux plans. L'angle d'interception des miroirs du jeu et l'espacement de ces miroirs dépendent des faisceaux optiques et notamment de leur espacement et de leur inclinaison entre le plan de réflexion et le jeu de miroirs. Plus précisément, la présente invention est un dispositif d'égalisation de chemins optiques de plusieurs faisceaux optiques parallèles se propageant en espace libre entre deux plans dont un est un plan de réflexion. Chacun de ces faisceaux optiques possède un point d'impact associé avec ces plans. Le dispositif comporte un jeu de miroirs parallèles, passifs, non coplanaires destinés à intercepter chacun un des faisceaux optiques en un point d'interception avec un angle d'interception θ, chacun des faisceaux optiques comportant un premier tronçon entre le plan de réflexion et un miroir et un second tronçon entre le miroir et l'autre plan, deux miroirs quelconques du jeu et les premier et second tronçons des deux faisceaux optiques qu'ils interceptent étant agencés de sorte que les deux points d'interception soient séparés d'une distance d' ' , comptée parallèlement à une distance d' qui séparerait deux faisceaux optiques auxiliaires, chacun symétrique d'un des premiers tronçons par rapport à une normale au plan de réflexion au point d'impact associé, l'angle d'interception θ et la distance d' ' vérifiant la relation : d'' (l-cos2θ) = d' [sin2φ(tgφ - sin2θ) cos2φ] avec φ angle présenté par chacun des deux premiers tronçons par rapport à une normale au plan de réflexion au point d'impact associé, les seconds tronçons étant normaux à l'autre plan.
Il est avantageux que d'=d'', alors les points d'interception des miroirs appartiennent à un plan parallèle au plan de réflexion.
Les miroirs du jeu de miroirs peuvent être orientés de sorte que les faisceaux optiques auxiliaires et les seconds tronçons des faisceaux optiques soient situés d'un même côté par rapport aux premiers tronçons des faisceaux optiques.
En variante, les miroirs du jeu de miroirs peuvent être orientés de sorte que les faisceaux optiques auxiliaires et les seconds tronçons des faisceaux optiques soient situés de part et d' autre des premiers tronçons des faisceaux optiques.
Les miroirs du jeu de miroirs peuvent être groupés sur une même face d'un unique support, cette face présentant un relief avec des marches.
La présente invention concerne également un double dispositif d'égalisation de chemins optiques de faisceaux optiques parallèles se propageant en espace libre entre un plan d'entrée et un plan de sortie. Ce dernier comporte deux dispositifs d'égalisation de chemins optiques, dits dispositifs élémentaires, ainsi caractérisés, agencés de sorte que le plan de réflexion relatif à l'un des dispositifs élémentaires et le plan de réflexion relatif à l'autre des dispositifs élémentaires forment un plan commun et que l'autre plan relatif à l'un des dispositifs élémentaires soit le plan d'entrée et l'autre plan relatif à l'autre dispositif élémentaire soit le plan de sortie. L'unique support de l'un des dispositifs élémentaires et l'unique support de l'autre dispositif élémentaire sont accolés, de manière à ce que les faces sur lesquelles sont groupés les miroirs des jeux ressemblent à celles de versants d'un toit en V retourné dotés de marches inclinées suivant la pente des versants du toit.
Dans une construction particulièrement simple, le plan commun est perpendiculaire à l'autre plan de chacun des dispositifs élémentaires.
La présente invention concerne également un module de déflexion optique à N voies comportant au moins un bloc de déflexion optique à N voies formé d'un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques qui coopère avec des moyens de déflexion optique, les moyens de déflexion optique étant placés dans le plan commun relatif au double dispositif d'égalisation de chemins optiques, les moyens de déflexion optique comportant N éléments de déflexion optique et le double dispositif d'égalisation de chemins optiques comportant deux jeux de N miroirs fixes.
Les éléments de déflexion optique peuvent être des miroirs digitaux aptes à basculer autour d' au moins un axe de manière à prendre des positions angulaires mécaniquement définies.
Lorsque le module de déflexion optique comporte plusieurs blocs de déflexion optique, ils sont placés en cascade, des moyens de conjugaison optique étant insérés entre deux blocs de déflexion optique successifs, l'un étant en amont et l'autre étant en aval des moyens de conjugaison optique . Les moyens de conjugaison optique peuvent être afocaux et avoir un grossissement donné.
Les moyens de conjugaison optique peuvent comporter au moins un module de conjugaison optique avec au moins un élément de conjugaison optique qui coopère avec plusieurs voies optiques du bloc de déflexion optique amont et/ou du bloc de déflexion optique aval.
En variante, les moyens de conjugaison optique peuvent comporter autant de modules de conjugaison optique que de voies optiques, ces modules de conjugaison optique coopérant chacun avec une voie du bloc de déflexion optique amont et une voie du bloc de déflexion optique aval. Le module de conjugaison optique peut comporter une cascade de plusieurs éléments de conjugaison optique de type lentille ou miroir.
La présente invention concerne également un dispositif de routage optique apte à coupler chacune d'une pluralité de Ne voies optiques d'entrée à l'une quelconque d'une pluralité de Ns voies optiques de sortie et à orienter chacun des faisceaux optiques arrivant par les voies optiques d'entrée vers l'une quelconque des voies optiques de sortie. Il comporte une cascade traversée par les faisceaux optiques avec un module de déflexion optique d'entrée à Ne voies d'entrée, un module de liaison et un module de déflexion optique de sortie à Ns voies de sortie. Il est caractérisé en ce que les modules de déflexion optique d'entrée et de sortie sont conformes à ceux décrits plus haut. Le module de liaison peut être de type réflectif ou réfractif.
Le dispositif de routage peut comporter, de plus, en amont du module de déflexion optique d'entrée, un module de mise en forme d'entrée apte à mettre en forme les faisceaux optiques avant qu'ils n'entrent dans le module de déflexion optique d'entrée.
Le dispositif de routage peut comporter de plus, en aval du module de déflexion optique de sortie, un module de mise en forme de sortie apte à mettre en forme les faisceaux optiques avant qu'ils ne pénètrent dans les voies optiques de sortie.
Les modules de mise en forme d'entrée et de sortie peuvent être réfractifs ou réflectifs. Les modules de mise en forme d'entrée et de sortie peuvent être des systèmes afocaux qui ont un grandissement (G') donné.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels ; les figures IA, IB (déjà décrites) montrent des systèmes optiques réflectifs dépourvus de dispositif d'égalisation de chemins optiques ; les figures 2A, 2B montrent deux exemples de dispositifs d'égalisation de chemins optiques selon l'invention dans un premier mode de réalisation ; les figures 3A, 3B, 3C montrent trois exemples de dispositifs d'égalisation de chemins optiques selon l'invention dans un second mode de réalisation ; la figure 4 montre un dispositif d'égalisation de chemins optiques de l'art antérieur ; la figure 5 montre un double dispositif d'égalisation de chemins optiques selon l'invention dans une application de module de déflexion optique ; les figures 6A, 6B montrent deux exemples de module de déflexion optique employant le double dispositif d'égalisation de chemins optiques de la figure 5 ; les figures 7A à 7E montrent diverses variantes de dispositifs de routage selon l'invention utilisant des modules de déflexion optique conformes à celui de la figure 5.
Sur toutes ces figures les faisceaux optiques sont représentés par leur trajectoire moyenne.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère aux figures 2A, 2B qui montrent des exemples d'un dispositif d'égalisation de chemins optiques 10 de plusieurs faisceaux optiques fl, f2 parallèles se propageant en espace libre entre deux plans Pl, P2. Le sens de propagation peut se faire du plan Pl vers le plan P2 ou vice-versa. C'est pourquoi certaines figures mentionnent un sens de propagation et d'autres le sens inverse et certaines aucun sens. L'un de ces plans Pl est un plan de réflexion et les faisceaux optiques fl, f2 possèdent chacun un point d'impact Al, A2 avec le plan de réflexion Pl. Ce plan de réflexion Pl est commun à tous les faisceaux optiques fl, f2. Les points d'impact Al, A2 appartiennent tous au plan de réflexion Pl commun. Dans ce contexte, les faisceaux optiques fl, f2 qui se propagent au voisinage du plan de réflexion Pl, entre le plan de réflexion Pl et l'autre plan P2, présentent tous un même angle non nul φ par rapport à une normale au plan de réflexion Pl au point d'impact du faisceau fl, f2 avec le plan de réflexion Pl. En d'autres termes, chacun d'entre eux est assimilable à un faisceau réfléchi par le plan de réflexion Pl ou à un faisceau incident sur le plan de réflexion Pl, selon le sens de propagation. Les références fl' , f2' représentent des faisceaux optiques auxiliaires qui sont symétriques des faisceaux optiques fl, f2 par rapport à une normale aux points d'impact Al, A2. Ils sont parallèles. Ils correspondent à des faisceaux réfléchis par le plan de réflexion Pl si les faisceaux optiques fl, f2 sont assimilables à des faisceaux optiques incidents au plan de réflexion Pl et ils correspondent à des faisceaux optiques incidents sur le plan de réflexion Pl si les faisceaux optiques fl, f2 sont assimilables à des faisceaux optiques réfléchis par le plan de réflexion Pl. Le choix de l'alternative dépend du sens de propagation des faisceaux optiques fl, f2 entre le plan de réflexion Pl et l'autre plan P2.
Dans l'exemple des figures 2A, 2B, on a représenté seulement deux faisceaux optiques fl, f2 parallèles, mais il peut en avoir bien plus et dans ce cas les faisceaux optiques peuvent être soit coplanaires (plan yoz) soient répartis en matrice dans l'espace (o, x, y, z) .
Le plan de réflexion Pl, inclut un ou plusieurs miroirs Ml, M2 coopérant avec les faisceaux fl, f2 qui sont alors soit des faisceaux réfléchis, soit des faisceaux incidents. Lorsqu'il y a plusieurs miroirs, chacun d'entre eux coopère de préférence avec l'un des faisceaux optiques comme sur la figure 2A. Sur la figure 2B, le plan de réflexion Pl, accueille un unique miroir M.
Le ou les miroirs Ml, M2 matérialisant le plan de réflexion Pl, peuvent être passifs c'est-à-dire fixes. En variante les miroirs Ml, M2 peuvent être actifs, c'est-à-dire mobiles. Cette dernière configuration sera utilisée dans un module de déflexion optique utilisant le dispositif d'égalisation de chemins optiques objet de l'invention comme on le verra plus loin. Lorsque les miroirs sont mobiles, ce sont les points d'impact Al, A2 qui matérialisent le plan de réflexion Pl, ils sont coplanaires. En fait les miroirs sont aptes à basculer autour d'un ou plusieurs axes, et ces axes se trouvent dans le plan de réflexion Pl.
L'autre plan P2 est lui normal aux faisceaux optiques fl, f2 qui coopèrent avec lui. Chaque faisceau optique fl, f2 a un point d'impact avec l'autre plan P2 qui est noté respectivement Bl, B2.
Le dispositif d'égalisation de chemins optiques 10 objet de l'invention est inséré sur le chemin des faisceaux optiques parallèles fl, f2 entre les plans Pl et P2. II comporte un jeu de miroirs mil, mi2, passifs, chacun d'entre eux interceptant un des faisceaux optiques parallèles fl, f2. Les points d'interception sont notés 01, 02 respectivement. Les miroirs mil, mi2 du jeu présentent tous un même angle d'interception θ par rapport au faisceau optique fl, f2 qu'il intercepte. Ces miroirs mil, mi2 sont parallèles mais ils ne sont pas coplanaires.
Chaque faisceau optique parallèle fl, f2 présente un premier tronçon fil, f21, situé entre le plan de réflexion Pl et le dispositif d'égalisation de chemins optiques 10, qui correspond au segment 01Al, O2A2 respectivement et un second tronçon fl2, f22, situé entre le dispositif d'égalisation de chemins optiques 10 et l'autre plan P2, qui correspond au segment 01Bl, O2B2.
On va s'intéresser à un couple de faisceaux optiques parallèles quelconques fl, f2 et au couple associé de miroirs mil, mi2 du dispositif d'égalisation de chemins optiques 10. La distance séparant les faisceaux optiques fl, f2 de ce couple sur leur premier tronçon est notée d' . Elle correspond à la distance séparant les faisceaux optiques auxiliaires fl' , f2' .
La distance séparant les points d'interception 01, 02 sur les miroirs mil, mi2 des faisceaux optiques fl, f2 du couple est notée d' ' . Elle est mesurée parallèlement à la distance d' séparant les faisceaux optiques auxiliaires fl' , f2' .
Le dispositif d'égalisation de chemins optiques doit être adapté à la configuration des faisceaux optiques fl, f2 avec lesquels il va coopérer. Le dispositif d'égalisation de chemins optiques va rendre les chemins optiques AlOlBl et A2O2B2 égaux.
Le couple de paramètres d' ' et θ liant deux à deux les miroirs mil, mi2 du dispositif d'égalisation de chemins optiques 10 dépend de la configuration des faisceaux optiques fl, f2 et plus particulièrement de leur espacement d' et de leur angle φ d' incidence ou de réflexion. Le couple de paramètres d' ' , θ doit vérifier la relation suivante : d' ' /d'=[sin2φ(tgφ-sin2θ)-cos2φ] / (l-cos2θ)
Sur la figure 2A, les paramètres d' , d' ' , θ et φ vérifient cette relation de manière générale.
Plusieurs valeurs sont possibles pour les paramètres d' ' , θ et certaines sont particulièrement avantageuses car elles conduisent à des structures simples à construire.
On peut par exemple choisir d''= d' , cela conduit à ce que la droite reliant les points d'interception 01, 02 soit parallèle à celle reliant les points d'impact Al, A2 sur le plan de réflexion Pl.
Cette construction, illustrée sur la figure 2B, est simple à obtenir notamment lorsque les points d'interception et d'impact sont des centres de miroirs.
Lorsque les faisceaux optiques sont répartis dans l'espace, cela revient à dire que les points d' interception sont contenus dans un plan qui est parallèle au plan de réflexion Pl.
Ce choix conduit à fixer la valeur du paramètre θ par rapport à φ de la manière suivante : Cotg2 θ = sin2 φ. Un autre choix avantageux est de rendre l'angle φ égal à 45°. Dans ce cas, la relation devient : d''/d'= (1 - sin2θ)/(l - cos2θ) . Cette configuration est également représentée sur la figure 2B.
Lorsqu'à la fois l'angle φ est égal à 45° et d''=d', on obtient θ= 22,5°.
Dans la configuration des figures 2A, 2B, les miroirs mil, mi2 du jeu de miroirs sont disposés de manière à ce que les faisceaux optiques auxiliaires f'1, f'2 et les seconds tronçons fl2, f22 des faisceaux optiques fl, f2 soient situés d'un même côté par rapport aux premiers tronçons des faisceaux optiques fl, f2. L'angle θ est compté dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre entre le premier tronçon fil, fl2 de faisceau optique le miroir mil, mi2.
Dans une autre variante avantageuse illustrée sur la figure 3A et montrant plus de deux faisceaux optiques parallèles fl, f2, f3, f4, il est possible que les miroirs mil, mi2, mi3, mi4 du jeu de miroirs soient disposés de manière que les faisceaux optiques auxiliaires fl, f'2, f'3, f' 4 et les seconds tronçons fl2, f22, f32, f42 des faisceaux optiques principaux fl, f2, f3, f4 soient situés de part et d'autre des premiers tronçons fil, f21, f31, f41 des faisceaux optiques fl, f2, f3, f4. Autrement dit, les faisceaux optiques se croisent ou non de part et d' autre des miroirs mil à mi4. Cette dernière variante est avantageuse parce que les miroirs mil à mi4 du jeu de miroirs peuvent être groupés sur une même face d'un unique support 20, cette face présentant un relief avec des marches 20.1 à 20.4 conférant aux miroirs l'angle θ voulu. Pour un choix de l'angle φ = 45°, la relation suivante doit être vérifiée : d" = d' (l+sin2θ) / (1 - cos2θ)
On peut se référer à la figure 3B qui montre cette variante. Il est à noter que dans ce cas, l'égalité d' = d' ' ne peut être obtenue, car la plus petite valeur possible pour le rapport d' ' /d' est égale à deux.
On va maintenant s'intéresser à une variante avantageuse dans laquelle le plan de réflexion Pl et l'autre plan P2 sont perpendiculaires. On se réfère à la figure 3C. Cette figure est dérivée de la figure 3A.
On s'intéresse toujours aux miroirs mil, mi2 du jeu et aux faisceaux optiques fl, f2 qu'ils interceptent en les prenant deux à deux par couple. On a appelé d' ' ' la distance séparant les deux faisceaux optiques fl, f2 au niveau de leurs seconds tronçons fl2, f22, c'est-à-dire sur leur trajet entre le jeu de miroirs 10 et l'autre plan P2. On a appelé d la distance séparant les points d'interception 01, 02 des deux miroirs mil, mi2 du couple, cette distance est comptée parallèlement aux seconds tronçons fl2, f22 des faisceaux optiques fl, f2. On a appelé Y l'angle que présente la droite qui relie les points d'interception 01, 02 des miroirs mil, mi2 du couple par rapport au faisceau optique fl, f2 intercepté par l'un des miroirs mil, mi2. Cet angle Y est différent de l'angle d'interception θ. Les miroirs du dispositif d'égalisation de chemins optiques de l'invention doivent être agencés de manière à ce que : d/cotgγ = d' ' ' .
On peut exprimer cotgγ en fonction de l'angle ε qui est l'angle que présente le premier tronçon fil, f21 de chacun des faisceaux fl, f2 par rapport à une normale au second tronçon fl2, f22 au point d'interception 01, 02. On obtient cotgγ = 1/cos ε et ε = π/2 - 2Θ.
Un dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 dans lequel les miroirs μl, μ2 seraient coplanaires n'apporterait pas une parfaite égalité. On peut se référer la figure 4 qui schématise un tel dispositif dans une configuration similaire à celle de la figure 3C. La grandeur équivalente à d a été notée de. L'angle d'inclinaison de la droite qui lie les points d'interception 01, 02 par rapport à l'un des miroirs μl, μ2 est égal à l'angle θ (angle d'inclinaison d'un miroir μl, μ2 par rapport au faisceau optique fl, f2 intercepté par le miroir) . La relation exprimée précédemment dans le cas de la figure 3C deviendrait dans le cas de la figure 4 : de/cotgθ = d' ' '
L'écart de positionnement des miroirs d'un couple entre les deux configurations vaut :
Δ = d' ' ' (cotgθ-cotgγ) . Pour θ = 35° et donc ε = 20°, cet écart Δ est de 0, 364d' ' ' . Pour d' ' ' valant 500 micromètres, l'écart Δ vaut près de 187 micromètres, ce qui est loin d'être négligeable. Pour θ = 30° et donc ε = 30°, cet écart Δ est de 0,577d''' . Pour d' ' ' valant 500 micromètres, l'écart Δ vaut près de 289 micromètres, ce qui est encore plus important.
Pour θ = 45°, l'écart Δ est nul mais il ne peut y avoir de construction pratique lorsque le plan Pl est un plan de réflexion perpendiculaire car les premiers tronçons fil, f21 des faisceaux optiques fl, f2 se réfléchissent sur eux-mêmes.
Lorsqu'il y a plus de deux faisceaux optiques parallèles fl à f4, le positionnement des miroirs se fera en prenant les faisceaux optiques par couple et en appliquant une des formules précédentes au couple de faisceaux optiques. Si tous les faisceaux optiques sont équidistants, les points d'interception Ol à 04 sur les miroirs du jeu seront aussi équidistants. En conséquence, si tous les miroirs sont identiques, ils formeront un réseau régulier ou une matrice de miroirs.
On notera que les distances d' et d' ' , telles qu'elles ont été définies plus haut, ne sont pas forcément comprises dans le plan yoz (plan de la feuille) mais cela ne change rien aux explications qui ont été données.
Il est possible de réaliser un double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 se propageant en espace libre entre un plan d'entrée et un plan de sortie.
On associe deux dispositifs d'égalisation de chemins optiques ainsi décrits, de préférence identiques, ces derniers étant appelés par la suite dispositifs d'égalisation de chemins optiques élémentaires. On se réfère à la figure 5. Dans cette configuration, on a représenté deux dispositifs d'égalisation de chemins optiques élémentaires 10a, 10b tels que décrits précédemment. Ces dispositifs sont comparables à celui de la figure 3A, mais on aurait pu envisager qu'ils soient comparables à celui de la figure 2.
Un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 comporte deux jeux de miroirs passifs mila, mi2a, mi3a, mi4a, milb, mi2b, mi3b, mi4b les miroirs d'un jeu étant parallèles mais non coplanaires. Dans cet exemple, les miroirs des deux jeux ont un même angle d'interception θ. Ces deux dispositifs 10a, 10b coopèrent avec un agencement tel que, le plan de réflexion relatif à un dispositif d'égalisation de chemins optiques soit confondu avec le plan de réflexion relatif à l'autre dispositif 10b. Le plan commun est référencé Plab. Ce plan commun Plab est un plan de réflexion. Il est orienté perpendiculairement aux autres plans P2a, P2b, relatifs aux deux dispositifs 10a, 10b, qui eux sont distincts et parallèles.
Le plan d'entrée P2a est l'autre plan relatif à l'un des dispositifs d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10a et le plan de sortie P2b est l'autre plan relatif à l'autre dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10b.
Dans cet exemple, les faisceaux optiques fl, f2, f3, f4 sont formés de quatre tronçons successifs : les seconds et premiers tronçons fl2a, f22a, f32a, f42a, fila, f21a, f31a, f41a du premier dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10a entre le premier des autres plans P2a et le plan commun Plab et les premiers et seconds tronçons fllb, f21b, f31b, f41b du second dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10b entre le plan commun Plab et le second des autre plans P2b.
Par exemple, les premiers tronçons fila, f21a, f31a, f41a des faisceaux optiques fl à f4, issus du premier dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10a, sont réfléchis par le plan commun Plab et renvoyés vers le second dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10b en prenant la forme des premiers tronçons fllb, f21b, f31b, f41b des faisceaux optiques. Les miroirs mila, mi2a, mi3a, mi4a, milb, mi2b, mi3b, mi4b des deux dispositifs d'égalisation de chemins optiques élémentaires 10a, 10b sont positionnés les uns par rapport aux autres en conséquence. Un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 a comme avantage que les jeux de miroirs des dispositifs élémentaires peuvent être localisés sur les faces de versants d'un dispositif en toit en V retourné dotés de marches inclinées suivant la pente des versants du dispositif en toit. Les miroirs sont disposés sur ces marches. Un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 a aussi comme fonction de rendre les seconds tronçons fl2a, f22a, f32a, f42a de faisceaux optiques du premier dispositif d'égalisation de chemins optiques parallèles aux seconds tronçons fl2b, f22b, f32b, f42b de faisceaux optiques du second dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10b. Ce n'était pas le cas du dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire. Un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 a également pour fonction de renverser l'ordre des seconds tronçons fl2a, f22a, f32a, f42a de faisceaux optiques du premier dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10a par rapport à l'ordre des seconds tronçons fl2b, f22b, f32b, f42b de faisceaux optiques du second dispositif d'égalisation de chemins optiques élémentaire 10b. Il faudra tenir compte de ce renversement lors de l'utilisation d'un tel double dispositif dans un système plus complexe.
Un tel double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 peut être utilisé dans un module de déflexion optique multivoie simplifié comme l'illustre la figure 5. Dans cette configuration, le plan de réflexion Plab comporte des moyens de déflexion optique 21 formés d'une série d'éléments de déflexion optique edl à ed4. Le nombre d'éléments de déflexion optique edl à ed4 correspond au nombre N de voies. Le nombre de miroirs passifs mila, mi2a, mi3a, mi4a par jeu correspond également au nombre de voies. Dans cet exemple, les éléments de déflexion optique edl à ed4 sont des miroirs orientables aptes à prendre deux positions angulaires ou plus comme décrit dans la demande de brevet FR-A-2 821 678. Il s'agit de miroirs (de préférence des micro-miroirs) digitaux qui peuvent prendre un nombre fini de positions angulaires stables, définies. Ces positions angulaires peuvent être prises en faisant basculer le miroir autour d'un axe de basculement unique ou autour de plusieurs axes. Ces miroirs pourront avoir par exemple deux axes de basculement et deux positions angulaires par axe. Ces positions angulaires stables du miroir peuvent être définies par des butées contre lesquelles le miroir vient en contact. Aucune butée n'a été représentée pour ne pas surcharger les figures. Un axe de basculement serait dans le plan de la feuille. On a donc un axe perpendiculaire à la feuille et un axe perpendiculaire au premier axe dans le plan des miroirs.
Il n'est pas nécessaire de décrire plus en détail les éléments de déflexion optique ni leur commande car ce sont des composants optiques bien connus dans le domaine des télécommunications optiques.
Les voies optiques sont matérialisées par les faisceaux optiques fl à f4 en amont et en aval du double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100. Les moyens de déflexion optique 21 reçoivent les faisceaux optiques fl à f4 qui se propagent selon ces voies optiques et les défléchissent en leur faisant prendre chacun une direction prise parmi plusieurs possibles. Le premier jeu de miroirs mila à mi4a égalise la distance entre le premier autre plan P2a et le plan commun Plab et le second jeu de miroirs égalise la distance entre le plan commun Plab et le second autre plan P2b.
Ainsi dans le module de déflexion optique de la figure 5, les faisceaux optiques subissent trois réflexions successives, la première au niveau du premier dispositif d'égalisation de chemins optiques 10a, en amont des moyens de déflexion optique 21, la seconde au niveau des moyens de déflexion optique 21 et la troisième au niveau du second dispositif d'égalisation de chemins optique 10b, en aval des moyens de déflexion optique 21. Par la suite un module de déflexion optique simplifié comme celui de la figure 5, c'est-à-dire avec un seul double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 et des moyens de déflexion 21, est appelé bloc de déflexion optique. II est possible de construire un module de déflexion optique plus complexe dans lequel les faisceaux optiques pourront prendre encore plus de positions angulaires, en plaçant en cascade, plusieurs blocs de déflexion optique 201, 202 séparés par des moyens de conjugaison optique 40. On peut ainsi utiliser des éléments de déflexion optique capables de prendre peu de positions angulaires stables (par exemple deux par axe de basculement) . Ainsi en plaçant en cascade M éléments de déflexion optique, on peut générer 2M positions angulaires pour des éléments de déflexion optique ayant un axe de basculement et deux positions par axe et 4M positions angulaires pour des éléments de déflexion optique ayant deux axes de basculement et deux positions par axe.
Sur les figures 6A, 6B, on a représenté deux blocs de déflexion optique 201, 202 en cascade. On pourrait envisager d'en disposer plus de deux en cascade comme sur la figure 7C.
Les jeux de miroirs fixes m de chacun des doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques 100 comportent autant de miroirs m que de voies optiques, c'est-à-dire N. Les moyens de déflexion optique 21, 22 de chacun des blocs de déflexion optique 201, 202 sont placés dans le plan commun Plabl, Plab2 relatif au double dispositif d'égalisation de chemins optiques respectif.
De tels moyens de déflexion optique 21, 22 comportent également N (dans l'exemple N vaut 4 si l'on travaille dans un plan ou 16 si l'on travaille dans l'espace) éléments de déflexion optique élémentaires éd.
Les moyens de conjugaison optique 40 s'étendent entre le second des autres plans P2bl de l'un du double dispositif d'égalisation de chemins optiques 31 et le premier des autres plans P2a2 de l'autre double dispositif d'égalisation de chemins optiques 32. Les moyens de conjugaison optique 40 comportent un ou plusieurs modules de conjugaison optique 40.1 formés chacun de plusieurs éléments de conjugaison optique 40.1a, 40.1b en cascade, ces éléments de conjugaison optique étant de type lentille ou miroir (comme sur la figure 7C) . Chaque élément de déflexion optique ed des moyens de déflexion optique 21 d'un bloc de déflexion optique (référencé 201 par exemple) dans la cascade est conjugué optiquement avec l'élément de déflexion optique ed qui le suit ou le précède des moyens de déflexion optique d'un autre bloc de déflexion optique (référencé 202 par exemple) par une relation objet-image grâce aux moyens de conjugaison optique 40.
Au moins un des éléments de conjugaison optique 40.1a, 40.1b est commun à plusieurs faisceaux optiques qui sont issus de l'un des dispositifs d'égalisation de chemins optiques 31 et donc à plusieurs voies optiques.
Sur la figure 6A qui ne représente qu'un exemple particulier, les moyens de conjugaison optique 40 sont formés d'un seul module de conjugaison optique 40.1. Ce module est un doublet de lentilles 40.1a, 40.1b. Les lentilles du doublet sont communes à toutes les voies N. On aurait pu envisager que les moyens de conjugaison optique 40 soient formés de plusieurs modules de conjugaison optique en parallèle, un module étant commun à au moins deux voies optiques.
Les lentilles 40.1a, 40.1b du doublet sont traversées par les faisceaux optiques fl à f4 qui sont issus du premier double dispositif d'égalisation de chemins optiques 31 et qui ont été défléchis par les moyens de déflexion optique 21 du bloc de déflexion optique 201. Au passage des moyens de conjugaison optique 40, il y a renversement de l'ordre des faisceaux optiques fl à f4. Les faisceaux optiques fl à f4 à leur sortie des moyens de conjugaison optique 40 attaquent le double dispositif d'égalisation de chemins optiques 32 de l'autre bloc de déflexion optique 202 et ils vont être défléchis par les moyens de déflexion optique 22 de ce bloc 202.
Les moyens de conjugaison optique 40 forment un système afocal qui possédera un grandissement G donné. Ce grandissement peut être égal à l'unité ou non. Dans le cas où G=I, les deux doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques 31, 32 seront identiques. Le pas des miroirs m des jeux de miroirs est identique d'un double dispositif d'égalisation de chemins optiques 31 à un autre 32. Il en est de même pour le pas des éléments de déflexion optique ed d'un bloc de déflexion optique 201 à un autre 202. Cette configuration a l'avantage de conserver une symétrie parfaite d'un bloc de déflexion optique 201 à un autre 202 et d'être particulièrement simple à réaliser.
On pourrait bien sûr envisager que le grandissement G soit différent de un, dans ce cas les jeux de miroirs m des deux doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques 31, 32 seront configurés de la manière appropriée.
Afin que le module de déflexion optique puisse fonctionner dans les meilleures conditions et en particulier que la configuration en cascade permette la multiplication des positions de déflexion angulaire de chacun des faisceaux optiques fl à f4 de façon biunivoque et avec des différences angulaires à peu près constantes, on s'arrange pour que l'excursion angulaire des éléments de déflexion optique ed du bloc de déflexion optique 202 situé en aval des moyens de conjugaison optique 40 soit le double de celle des éléments de déflexion optique ed du bloc de déflexion optique 201 situé en amont des moyens de conjugaison optique 40 et ce lorsque les éléments de déflexion optique comportent deux positions angulaires par axe de basculement.
De manière très générale, on peut montrer que pour des éléments de déflexion optique identiques ed admettant P positions angulaires distinctes, le grandissement G permettant d'obtenir dans chaque bloc de déflexion optique des positions angulaires équidistantes est donné par G= P .ΔΘL/ΔΘL+1 avec Δθx excursion angulaire des éléments de déflexion optique ed du bloc de déflexion optique de rang i (dit bloc amont) et Δθ1+i excursion angulaire des éléments de déflexion optique ed du bloc de déflexion optique de rang i+1 situé en aval du bloc de déflexion optique de rang i. On peut vérifier que lorsque P=2 et G=2 on retrouve bien ΔΘJVΔΘH-I = 1.
Dans le cadre de la configuration des figures 6A, 6B et suivantes qui comprennent des moyens de conjugaison optique, les faisceaux optiques peuvent être assimilés à des faisceaux gaussiens. Ces faisceaux gaussiens ont la propriété de rester gaussiens au cours d'une succession de conjugaison optique. Leur rayon minimum ω appelé couramment « waist » (resserrement ou taille en anglais) détermine les caractéristiques du faisceau optique et en particulier sa divergence.
Dans la configuration des moyens de conjugaison optique 40 de la figure 6A avec une lentille 40.1a, 40.1b traversée par plusieurs faisceaux optiques, le rayon minimum ω et la distance d séparant deux faisceaux voisins (par exemple d'un côté ou de l'autre des moyens de conjugaison optique) sont multipliés par le grandissement G après chaque passage dans les moyens de conjugaison optique 40. Le grandissement G égal à l'unité permet de conserver cette distance identique d'un bloc de déflexion optique 201 à un autre 202. Les doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques 31, 32 peuvent être identiques d'un bloc 201 à un autre 202.
Sur les figures 7D et 7E, on a représenté un dispositif de routage comportant des modules de déflexion optique 201, 202, 203 dont les moyens de conjugaison optique 40 ont un grandissement différent de un. Les doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques 100 sont différents de par leur taille. Ils sont liés par une relation de proportionnalité. Les miroirs de ces derniers ont une taille et une position adaptées aux faisceaux optiques qu'ils vont intercepter et réfléchir.
Sur la figure 6B, les moyens de conjugaison optique 40, au lieu de comporter un module de conjugaison optique commun à plusieurs voies optiques, comportent un module de conjugaison optique 40.1 par voie optique. Ces modules sont formés d'un doublet de lentilles 40.1a, 40.1b. Chacune de ces lentilles n'est traversée que par un des faisceaux optiques f1 à f4. Les lentilles d'un même plan peuvent être regroupées en barrette ou matrice.
Dans la configuration de la figure 6B avec des moyens de conjugaison optique qui utilisent des lentilles traversées par un seul faisceau optique, le rayon minimum ω et la distance d sont indépendants et seul le rayon minimum ω est affecté par le grandissement . A chaque passage à travers les moyens de conjugaison optique ce rayon minimum ω est multiplié par le grandissement G. La distance d reste elle constante de part et d'autre des moyens de conjugaison optique.
Cette dernière configuration convient mieux dans le cas où il n'y a pas trop de faisceaux optiques en jeu car sinon le positionnement des lentilles devient vite difficile.
La configuration de la figure 6A convient elle, pour les configurations où beaucoup de faisceaux optiques sont mis en jeux. La configuration de la figure 6A utilise beaucoup moins de composants optiques que celle de la figure 6B. Elle peut utiliser des lentilles classiques à bas coût et leur positionnement est beaucoup plus simple que lors de l'utilisation d'au moins une lentille par voie optique. La seule contrainte présentée par la configuration de la figure 6A est que les moyens de conjugaison optique avec le doublet de lentilles doivent présenter des performances en angle de champ et en ouverture numérique plus sévères que celles requises pour chaque lentille individuelle de la barrette ou de la matrice. Cependant cette contrainte ne pose pas de problème vu la gamme de lentilles existant sur le marché de nos jours. Ces deux figures 6A, 6B illustrent deux extrêmes d'une série de configurations possibles. L'introduction du double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 dans un module de déflexion optique 201, 202 comportant des moyens de conjugaison optique 40 permet tout en faisant travailler les moyens de déflexion optique avec un angle d'incidence non nul pour assurer la séparation spatiale souhaitée entre faisceau optique incident et réfléchi de conserver une relation de conjugaison optique objet-image identique pour chacune des voies optiques N. Les moyens de conjugaison optique travaillent alors avec une incidence sensiblement nulle ce qui évite d'introduire des aberrations optiques.
On va maintenant se référer aux figures 7A à 7E qui montrent des dispositifs de routage utilisant des modules de déflexion optique 201 à 203 comparables à ceux des figures 5 et 6.
Un dispositif de routage permet de coupler chacune d'une pluralité de Ne voies optiques d'entrée à l'une quelconque d'une pluralité de Ns voies optiques de sortie et d' orienter des faisceaux optiques f véhiculés par les Ne voies d'entrée vers l'une quelconque des Ns voies optiques de sortie.
Les dispositifs de routage décrits ci- dessous sont de type NXN et cette notation NXN indique que les dispositifs de routage peuvent router simultanément N faisceaux optiques en leur faisant prendre chacun une position parmi N possibles entre l'entrée et la sortie du dispositif. Il est bien entendu que les dispositifs de routage pourraient être de type NXM.
On peut se reporter à la demande de brevet FR-A-2 821 681 qui décrit le principe général d'un dispositif de routage sur lequel se base le dispositif de routage objet de l'invention.
Un dispositif de routage comporte une cascade traversée par les faisceaux optiques f délivrés par les Ne voies optiques d'entrée, cette cascade comportant un module de déflexion optique d'entrée MDE, un module de déflexion optique de sortie MDS et entre les deux un module de liaison ML.
Le module de déflexion optique d'entrée MDE est apte à générer pour chacun des faisceaux optiques arrivant par les Ne voies optiques d'entrée un nombre de positions angulaires potentielles au moins égal au nombre Ns de voies optiques de sortie.
Le module de déflexion optique de sortie MDS est apte à intercepter tout le faisceau optique traversant le module de liaison ML et à délivrer autant de faisceaux optiques que de voies optiques de sortie.
Le module de déflexion optique d'entrée MDE et le module de déflexion optique de sortie MDS sont comparables à ceux décrits aux figures 5 ou 6.
Le module de déflexion optique d'entrée MDE et le module de déflexion optique de sortie MDS ont des structures symétriques par rapport au module de liaison ML seulement dans le cas d'un dispositif de routage NXN. Si le dispositif de routage est de type NXM le nombre de blocs de déflexion optique pourra être différent dans le module de déflexion optique d'entrée et dans le module de déflexion optique de sortie.
Le module de liaison ML peut être de type réfractif formé d' au moins une lentille ou réflectif d'au moins un miroir. Sa fonction est de transformer l'ensemble des directions angulaires des faisceaux optiques f qui sortent du module de déflexion optique d'entrée MDE en un ensemble de positions spatiales pour les faisceaux optiques f qui vont entrer dans le module de déflexion optique de sortie MDS. Un tel module de liaison ML ne pose pas de problème à un homme du métier.
Les Ne voies optiques d'entrée ont matérialisées par un bouquet de fibres optiques foe. Les Ns voies optiques de sortie sont matérialisées par un bouquet de fibres optiques fos. Les faisceaux optiques f arrivent dans le dispositif de routage par les fibres optiques d'entrée foe et en repartent par les fibres optiques de sortie fos. On prévoit dans la cascade, en amont du module de déflexion optique d'entrée MDE, un module de mise en forme d'entrée MFE destiné à mettre en forme les faisceaux optiques f arrivant par les fibres d'entrée foe pour les adapter au module de déflexion optique d'entrée MDE. De la même manière, on prévoit en aval du module de déflexion optique de sortie MDS, un module de mise en forme de sortie MFS destiné à mettre en forme les faisceaux optiques f issus du module de déflexion optique de sortie MFS pour les adapter aux fibres optiques de sortie fos dans lesquelles ils vont se propager. La mise en forme vise à donner aux faisceaux f une divergence et un rayon minimum appropriés. Les modules de mise en forme MFE, MFS ont un grandissement G' donné qui peut être ou pas égal à un. Le grandissement G' peut être égal à celui G du ou des moyens de conjugaison optique 40 des modules de déflexion optique d'entrée ou de sortie MDE. Les modules de mise en forme MFE, MFS sont des systèmes afocaux. Les modules de mise en forme MFE, MFS peuvent être formés d'une ou plusieurs lentilles. Sur certaines figures 7, ils prennent la forme de doublets mais bien d'autres configurations sont possibles. Les deux lentilles du doublet sont traversées par tous les faisceaux f, mais il aurait été possible de prévoir plusieurs lentilles en parallèle, chacune traversée par un faisceau optique ou une fraction des faisceaux optiques mis en jeu. Ces lentilles peuvent regroupées en matrice. Sur la figure 7B, on suppose qu'ils sont réflectifs.
Sur la figure 7A, le dispositif de routage est simplifié. Il s'agit d'un dispositif de routage NXN avec N=4 et dont le grandissement vaut 1. Les modules de déflexion optique MDE, MDS ne comportent qu'un bloc de déflexion optique 201 avec un double dispositif d'égalisation de chemins optiques 100 qui coopère avec des moyens de déflexion optique 21. Chacun des éléments de déflexion optique ed des moyens de déflexion optique 21 peut basculer autour de deux axes et prendre deux positions mécaniquement définies pour chacun des axes. Seul le dispositif de routage de la figure 7A est représenté complet. Les dispositifs de routage des figures 7B à 7E ne sont représentés que partiellement. Ils ne comportent qu'une première partie qui va des fibres optiques d'entrée foe au module de déflexion optique d'entrée MDE et le module de liaison ML. La partie qui va du module de déflexion optique de sortie aux fibres optiques de sortie est omise, mais elle serait symétrique à la première partie par rapport au module de liaison ML.
Sur la figure 7B le dispositif de routage est un dispositif NXN avec N=I6 ayant un grandissement de 4. Les modules de déflexion optique d'entrée MDE et de sortie comportent une cascade avec deux blocs de déflexion optique 201, 202 séparés par des moyens de conjugaison optique 40. Le grandissement des moyens de conjugaison optique 40 vaut 1 et ce choix est avantageux car les deux blocs de déflexion optique 100 d'un module de déflexion optique MDE sont identiques. Chacune des lentilles des moyens de conjugaison optique 40 est traversée par tous les faisceaux optiques f mis en jeux. Chacun des éléments de déflexion optique ed peut basculer autour de deux axes et prendre deux positions mécaniquement définies pour chacun des axes. Le module de déflexion optique d'entrée MFE a un grandissement de quatre.
Cette figure est un exemple dans lequel les hypothèses de départ sont les suivantes :
-taille des faisceaux optiques en aval des moyens de mise en forme d'entrée MFE : 80 micromètres. -taille des faisceaux optiques en amont des moyens de mise en forme d'entrée MFE : 20 micromètres.
-longueur d' onde des faisceaux optiques : 1, 55 micromètres. Les moyens de mise en forme d'entrée MFE comportent une première lentille LEl de focale fθ=l,5 mm et une seconde lentille LE2 de focale fl=4fθ=5mm de ce fait la distance entre les deux lentilles LEl, LE2
(ou la distance entre l'entrée et la sortie des moyens de mise en forme d'entrée) est de 5fO.
Les moyens de conjugaison optique 40 possèdent un grandissement de un et la distance séparant les deux éléments de conjugaison qui les constituent est 2fl. La focale de chacune des lentilles qui les constituent est f1.
La grandeur FML représente la focale du module de liaison ML.
L'angle θ d'interception des miroirs des doubles dispositifs d'égalisation optique avec les faisceaux optiques est choisi égal à 20°. Cet pourrait prendre d' autres valeurs mais il est recommandé de le choisir ni trop petit car sinon les moyens de déflexion optiques seront rejetés trop haut, ni trop grand sinon la longueur du module de déflexion optique MDE sera trop grande. Cet angle conditionne l'encombrement du module de déflexion optique.
La figure 7B illustre les différentes longueurs des constituants de la partie du dispositif de routage représenté. La distance Ll entre les fibres optiques d'entrée foe et l'entrée du module de mise en forme d'entrée MFE vaut 6fO soit environ 9 millimètres. La distance L2 entre l'entrée et la sortie du bloc de déflexion optique 202 vaut environ 5 millimètres. La distance L3 entre l'entrée et la sortie des moyens de conjugaison optique 40 vaut environ 2fl soit 10 millimètres. La distance L4 entre l'entrée et la sortie du bloc de déflexion optique 201 vaut environ 5 millimètres. La distance L5 entre l'entrée et la sortie du module de liaison ML vaut environ 2 millimètres. Ce qui donne une longueur totale Lτ d'environ 31 millimètres.
Sur la figure 7C, le dispositif de routage est un dispositif NXN N=64. Les modules de déflexion optique d'entrée MDE et de sortie comportent une cascade avec trois blocs de déflexion optique 201, 202, 203 deux blocs consécutifs étant séparés par des moyens de conjugaison optique 40. Ils ont un grandissement de un. On aurait pu bien sûr utiliser des moyens de conjugaison optique conformes à ceux illustrés sur la figure 6A. Le grandissement des moyens de conjugaison optique 40 vaut 1 et les trois blocs de déflexion optique 201, 202, 203 d'un module sont identiques. On suppose que les moyens de conjugaison optique sont réflectifs avec des miroirs qui coopèrent avec tous les faisceaux optiques mis en jeu. Chacun des éléments de déflexion optique ed des moyens de déflexion optique 21, 22, 23 peut basculer autour de deux axes et prendre deux positions mécaniquement définies pour chacun des axes. Dans les deux configurations précédentes, l'excursion angulaire des éléments de déflexion optique d'un bloc de déflexion optique est le double de celle des éléments de déflexion optique du bloc de déflexion optique qui le précède.
Sur la figure 7D, le dispositif de routage est un dispositif NXN avec N=I6. Les modules de déflexion optique d'entrée MDE et de sortie comportent une cascade avec deux blocs de déflexion optique 201, 202 séparés par des moyens de conjugaison optique 40. Ils ont un grandissement de deux. Le grandissement des moyens de conjugaison optique 40 vaut 2 et les deux blocs de déflexion optique 201, 202 d'un module sont différents en taille. Les moyens de conjugaison optique 40 sont similaires à ceux illustrés sur la figure 6B. Chacune des lentilles des moyens de conjugaison optique 40 est traversée par un seul faisceau optique f. Chacun des éléments de déflexion optique ed des moyens de déflexion optique 21, 22 peut basculer autour de deux axes et prendre deux positions mécaniquement définies pour chacun des axes. Dans cet exemple, les moyens de conjugaison optique 40 comportent des matrices de lentilles chaque lentille n'étant traversée que par un faisceau optique.
Sur la figure 7E, le dispositif de routage est un dispositif NXN N=64. Les modules de déflexion optique d'entrée MDE et de sortie comportent une cascade avec trois blocs de déflexion optique 201, 202, 203, deux blocs consécutifs étant séparés par des moyens de conjugaison optique 40. Ils ont un grandissement de deux. Le grandissement des moyens de conjugaison optique 40 vaut 2 et les trois blocs de déflexion optique 201, 202, 203 d'un module sont différents en taille. Chacun des éléments de déflexion optique ed des moyens de déflexion optique 21, 22, 23 peut basculer autour de deux axes et prendre deux positions mécaniquement définies pour chacun des axes.
Le choix du grandissement égal à deux permet que l'excursion angulaire des éléments de déflexion optique ed soit la même d'un bloc de déflexion optique 201 à un autre 202. La formule G= P .ΔΘx/Δθn-i donnée plus haut avec G=2 et P=2 entraîne
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Un dispositif de routage selon l'invention est beaucoup plus simple que celui décrit dans la demande de brevet FR-A-2 821 68. Il est également plus compact grâce à l'utilisation des doubles dispositifs d'égalisation de chemins optiques et d'assemblage plus facile grâce à l'utilisation dans les moyens de conjugaison optique de lentilles pour plusieurs voies optiques. Il utilise des composants optiques commercialement disponibles à faible coût. Ces trois améliorations vont conduire à une diminution significative du coût du dispositif de routage complet.
Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. Dans les dispositifs de routage de l'invention, les moyens de conjugaison optique pourraient être conformes à ceux illustrés sur la figure 6B ou être intermédiaires entre ceux illustrés sur les figures 6A et 6B.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'égalisation de chemins optiques de plusieurs faisceaux optiques (fl, f2) parallèles se propageant en espace libre entre deux plans (Pl, P2) dont un est un plan de réflexion, chacun de ces faisceaux optiques possédant un point d'impact
(Al, Al, Bl, B2) associé avec ces plans, caractérisé en ce qu'il comporte un jeu de miroirs (mil, mi2) parallèles, passifs, non coplanaires destinés à intercepter chacun un des faisceaux optiques avec un angle d'interception θ en un point d'interception (01, 02), chacun des faisceaux optiques comportant un premier tronçon (fil, fl2) entre le plan de réflexion et un miroir et un second tronçon (fl2, f22) entre le miroir et l'autre plan, deux miroirs quelconques du jeu et les premier et second tronçons des deux faisceaux optiques qu'ils interceptent étant agencés de sorte que les deux points d'interception (01, 02) soient séparés d'une distance d' ' , comptée parallèlement à une distance d' qui séparerait deux faisceaux optiques auxiliaires (fl' , f2'), chacun symétrique d'un des premiers tronçons par rapport à une normale au plan de réflexion au point d'impact associé, l'angle d'interception θ et la distance d' ' vérifiant la relation : d'' (l-cos2θ) = d' [sin2φ(tgφ - sin2θ) cos2φ] avec φ angle présenté par chacun des deux premiers tronçons par rapport à une normale au plan de réflexion au point d'impact associé, les seconds tronçons (fl2, f22) étant normaux à l'autre plan (P2) .
2. Dispositif d'égalisation de chemins optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que d'=d' ' .
3. Dispositif d'égalisation de chemins optiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les miroirs (mil, mi2) du jeu de miroirs sont orientés de sorte que les faisceaux optiques auxiliaires (f'1, f'2) et les seconds tronçons
(fl2, f22,) des faisceaux optiques soient situés d'un même côté par rapport aux premiers tronçons (fil, fl2) des faisceaux optiques (fl, f2) .
4. Dispositif d'égalisation de chemins optiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les miroirs (mil, mi2) du jeu de miroirs sont orientés de sorte que les faisceaux optiques auxiliaires (f'1, f'2) et les seconds tronçons
(fl2, f22), des faisceaux optiques soient situés de part et d'autre des premiers tronçons (fil, fl2) des faisceaux optiques (fl, f2) .
5. Dispositif d'égalisation de chemins optiques selon la revendication 4, caractérisé en ce que les miroirs (mil à mi4) du jeu de miroirs sont groupés sur une même face d'un unique support (20), cette face présentant un relief avec des marches (20.1 à 20.4) .
6. Double dispositif d'égalisation de chemins optiques de faisceaux optiques parallèles se propageant en espace libre entre un plan d'entrée (P2a) et un plan de sortie (P2b) , caractérisé en ce qu'il comporte deux dispositifs d'égalisation de chemins optiques (10a, 10b) dits dispositifs élémentaires conformés selon l'une des revendications 1 à 5, agencés de sorte que le plan de réflexion relatif à l'un des dispositifs élémentaires et le plan de réflexion relatif à l'autre des dispositifs élémentaires forment un plan commun (Plab) et que l'autre plan relatif à l'un des dispositifs élémentaires soit le plan d'entrée
(P2a) et l'autre plan relatif à l'autre dispositif élémentaire soit le plan de sortie (P2b) .
7. Double dispositif d'égalisation de chemins optiques selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'unique support de l'un des dispositifs élémentaires et l'unique support de l'autre dispositif élémentaire sont accolés, de manière à ce que les faces sur lesquelles sont groupés les miroirs des jeux ressemblent à celles de versants d'un dispositif en toit en V retourné dotés de marches inclinées suivant la pente des versants du dispositif en toit.
8. Double dispositif d'égalisation de chemins optiques selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le plan commun (Plab) est perpendiculaire à l'autre plan (P2a, P2b) de chacun des dispositifs élémentaires (10a, 10b) .
9. Module de déflexion optique à N voies comportant au moins un bloc de déflexion optique (201,
202) à N voies formé d'un double dispositif d'égalisation (100) de chemins optiques selon l'une des revendications 6 à 8 et de moyens de déflexion optique (21, 22) qui coopèrent avec le double dispositif d'égalisation de chemins optiques (100), les moyens de déflexion optique (21, 22) étant placés dans le plan commun (Plab) relatif au double dispositif d'égalisation de chemins optiques (100) et comportant N éléments de déflexion optique (ed) , le dispositif d'égalisation de chemins optiques comportant deux jeux de N miroirs fixes (m) .
10. Module de déflexion optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de déflexion optique (ed) sont des miroirs digitaux aptes à basculer autour d' au moins un axe de manière à prendre des positions angulaires mécaniquement définies .
11. Module de déflexion optique selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs blocs de déflexion optique (201, 202) placés en cascade, des moyens de conjugaison optique (40) étant insérés entre deux blocs de déflexion optique successifs (201, 202), l'un étant en amont et l'autre étant en aval des moyens de conjugaison optique (40) .
12. Module de déflexion optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de conjugaison optique (40) sont afocaux et ont un grandissement (G) donné.
13. Module de déflexion optique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les moyens de conjugaison optique (40) comportent au moins un module de conjugaison optique avec au moins un élément de conjugaison optique qui coopère avec plusieurs voies optiques du bloc de déflexion optique (201) amont et/ou du bloc de déflexion optique (202) aval.
14. Module de déflexion optique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les moyens de conjugaison optique (40) comportent autant de modules de conjugaison optique que de voies optiques, ces modules de conjugaison optique coopérant chacun avec une voie du bloc de déflexion optique amont et une voie du bloc de déflexion optique aval.
15. Module de déflexion optique selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'un module de conjugaison optique (40) comporte une cascade de plusieurs éléments optiques réfractifs ou réflectifs.
16. Module de déflexion optique selon la revendication 12, caractérisé en ce que lorsque les éléments de déflexion optique possèdent P positions angulaires mécaniquement définies, les éléments de déflexion optique d'un bloc de déflexion optique ont une excursion angulaire qui est égale à celle des éléments de déflexion optique du bloc de déflexion optique qui le précède multipliée par le rapport P/G.
17. Dispositif de routage apte à coupler chacune d'une pluralité de Ne voies optiques d'entrée (foe) à l'une quelconque d'une pluralité de Ns voies optiques de sortie (fos) et à orienter chacun des faisceaux optiques (f) arrivant par les Ne voies optiques d'entrée (foe) vers l'une quelconque des Ns voies optiques de sortie (fos) comportant une cascade traversée par les faisceaux optiques (f) avec un module de déflexion optique d'entrée (MDE) à Ne voies d'entrée, un module de liaison (ML) et un module de déflexion optique de sortie (MDS) à Ns voies de sortie, caractérisé en ce que le module de déflexion optique d'entrée (MDE) et le module de déflexion optique de sortie (MDS) sont conformes à l'une des revendications 9 à 16.
18. Dispositif de routage selon la revendication 17, caractérisé en ce que le module de liaison (ML) est réflectif ou réfractif.
19. Dispositif de routage selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, en amont du module de déflexion optique d'entrée (MDE) un module de mise en forme d'entrée (MFE) apte à mettre en forme les faisceaux optiques (f) avant qu'ils n'entrent dans le module de déflexion optique d'entrée (MDE) .
20. Dispositif de routage selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, en aval du module de déflexion optique de sortie (MDS) un module de mise en forme de sortie (MFS) apte à mettre en forme les faisceaux optiques (f) avant qu'ils ne se propagent dans les voies optiques de sortie (fos) .
21. Dispositif de routage selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le module de mise en forme d'entrée (MFE) et le module de mise en forme de sortie (MFS) sont réfractifs ou réflectifs .
22. Dispositif de routage selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que les modules de mise en forme d'entrée et de sortie (MFE, MFS) sont des systèmes afocaux qui ont un grandissement (G') donné.
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