Comprendre les commutateurs à fibre optique : des commutateurs optiques 1×2 aux réseaux optiques avancés

Un type de contrôleur de chemin optique convertissant le trajet optique est le commutateur à fibre optique, notamment le commutateur optique 1x2. Fréquemment utilisé dans les systèmes de surveillance de liaisons optiques sèches et les systèmes de détection par fibre optique, il constitue l'élément fondamental du système de commutation optique dans les communications par fibre optique. Les dispositifs de transmission optique et les dispositifs de commutation optique sont deux catégories de dispositifs de communication par fibre optique. Après des années de développement, les dispositifs de transmission optique à multiplexage en longueur d'onde (WDM) sont devenus de plus en plus sophistiqués. En particulier, le multiplexeur WDM, la source lumineuse WDM et l'amplificateur optique WDM ont permis des avancées significatives vers l'optique intégrale en faisant passer la transmission optique de 0-E-0 à 0-0-0. Par ailleurs, les commutateurs à fibre optique et autres dispositifs de commutation optique, tels que les commutateurs de croisement optiques (OXC) et les multiplexeurs d'insertion-extraction optiques (OADM), sont essentiellement des hybrides optoélectroniques.

Dans un système de communication par fibre optique, un commutateur optique remplit trois fonctions : premièrement, il coupe ou ouvre le signal optique d'un canal de fibre spécifique ; deuxièmement, il convertit un signal optique d'une longueur d'onde donnée d'un canal de fibre à un autre ; et troisièmement, il convertit un signal optique d'une longueur d'onde à une autre au sein du même canal de fibre (convertisseur de longueur d'onde). La procédure utilisée par les fabricants de commutateurs optiques est aujourd'hui relativement standardisée, et le prix de ces commutateurs est de plus en plus compétitif en raison de la concurrence accrue sur le marché.

Quelles sont les principales caractéristiques d'un commutateur à fibre optique ?

Certains paramètres sont spécifiques aux commutateurs à fibre optique, tandis que d'autres ont des définitions communes à d'autres dispositifs. Voici une liste des paramètres caractéristiques des commutateurs à fibre optique :

La diminution de la puissance optique entre les ports d'entrée et de sortie est appelée perte d'insertion.

Le rapport entre la puissance optique renvoyée par l'entrée et la puissance optique entrante est appelé perte de retour.

Isolation : rapport de puissance optique des deux ports de sortie isolés en phase

Le rapport entre la puissance optique de sortie du port lié du commutateur à fibre optique et la puissance optique de sortie de l'autre port en série est appelé diaphonie à l'extrémité distante.

Le rapport entre la puissance optique d'un port connecté et celle d'un autre port supposément isolé lorsque ce dernier est terminé est appelé diaphonie à extrémité proche.

Longueur d'onde de fonctionnement : 1310, 1550 et 850 nm

Taux d'extinction : rapport de la puissance optique de sortie lorsque les deux ports du commutateur à fibre optique sont activés et désactivés.

Durée de vie : Nombre de conversions autorisées pour le chemin optique

Délai ou rapidité de commutation : le temps nécessaire à l’activation ou à la désactivation du port du commutateur à fibre optique à partir d’un temps initial spécifique est appliqué au commutateur lorsque le canal optique est configuré pour la commutation, la commutation de protection, la commutation de paquets et la modulation externe ou pour commencer la mesure dès que l’énergie de conversion est éliminée.

À quelle catégorie appartient un commutateur à fibre optique ?

Les différents types de commutateurs à fibre optique et leurs caractéristiques fonctionnelles sont décrits dans l'introduction qui suit :

Commutateur à fibre optique mécanique : actionne la fibre optique active ou le réflecteur à l'aide du mécanisme d'entraînement afin de le connecter à la fibre optique ou au guide d'ondes optique nécessaire conformément aux exigences de classification et de signal de commande spécifiées : commutateur à fibre optique pour fibres optiques mobiles et commutateur à fibre optique pour micromiroirs mobiles.

Ses avantages comprennent une excellente isolation, une faible perte d'insertion et une indépendance vis-à-vis de la longueur d'onde et de la polarisation.

Commutateurs à fibre optique non mécaniques : Les différents types de commutateurs à fibre optique fonctionnent selon des principes variés. Les commutateurs à fibre optique constitués de dispositifs optiques et les commutateurs à fibre à guide d’ondes (commutateurs électro-optiques) constituent deux autres catégories de commutateurs à fibre optique non mécaniques. On distingue également les commutateurs à effet optique, les commutateurs à effet acousto-optique, les commutateurs à effet magnéto-optique et les commutateurs à effet thermo-optique.

Ses avantages comprennent des temps de commutation rapides, des dimensions compactes et une intégration simple.

Le commutateur à fibre optique le plus répandu et le plus conventionnel dans les systèmes de communication par fibre optique est le commutateur à fibre optique mécanique.

Parmi les autres commutateurs à fibre optique, on trouve les commutateurs optiques à boucle optique non linéaire, les commutateurs optiques à cristaux liquides, les commutateurs optiques à bulles et les commutateurs optiques holographiques.

D'après les usages actuels, les commutateurs à fibre optique les plus répandus sont les commutateurs mécaniques, à cristaux liquides, électro-optiques, thermo-optiques et acoustiques. Parmi eux, les commutateurs à fibre optique MEMS sont plus coûteux et leur fabrication est plus sophistiquée.

Il existe des spécifications relatives aux performances de commutation des commutateurs à fibre optique dans les systèmes de communication par fibre optique. Lesquelles précisément ?

Dispositif compact, commutation rapide, faibles pertes de polarisation, bonne isolation, couplage fibre optique à haut rendement, faible diaphonie, taux d'extinction élevé, faibles pertes d'insertion, faible tension de commande et absence de dépendance à la polarisation. Intégration à grande échelle, faible coût et haute fiabilité.

Le commutateur optique, composant essentiel, doit constamment améliorer ses performances en raison du développement continu des systèmes de communication par fibre optique. Par conséquent, les fabricants de commutateurs optiques doivent respecter des normes plus strictes, ce qui entraînera une modification du coût de ces commutateurs.

Souhaitons-nous connaître la composition du commutateur à fibre optique ? Quelles sont les propriétés de chaque matériau ?

Le Si et le SiO2 possèdent un coefficient thermo-optique important, de faibles pertes, une bonne adaptation de mode avec la fibre optique, une compatibilité avec les circuits intégrés à grande échelle et une aptitude aux commutateurs et matrices électro-optiques thermo-optiques, mais uniquement dans les dispositifs passifs.

LiNbO3 : Il peut être utilisé pour créer des commutateurs électro-optiques et acousto-optiques en raison de sa grande taille, de sa tension de fonctionnement élevée et de ses importants effets électro-optiques et acousto-optiques.

Semiconducteurs III-V : ils présentent un effet électro-optique et un effet optique non linéaire, sont faciles à miniaturiser et permettent de réaliser des dispositifs électroniques et de détection électroluminescents. Ils peuvent également servir à la fabrication de commutateurs électro-optiques. L’adaptation au mode de la fibre optique s’avère complexe en raison des pertes élevées du guide d’ondes.

Les polymères organiques sont peu coûteux, peuvent être produits à grande échelle, présentent des effets thermo-optiques et électro-optiques et peuvent être utilisés pour créer des commutateurs thermo-optiques et électro-optiques. Ils présentent cependant une diaphonie élevée, des pertes importantes dans les guides d'ondes et une faible stabilité.

Les différents commutateurs optiques, y compris  le commutateur optique 1x2,  ont des domaines d'application différents du point de vue des divers types et caractéristiques de matériaux, ce qui signifie que le processus de fabrication, le coût des matériaux et le prix final du commutateur à fibre optique différeront tous.