Introduction à l'atténuateur optique variable VOA

L'atténuateur optique variable (VOA) a une large gamme d'applications dans la communication optique et sa fonction principale est de réduire ou de contrôler le signal optique.

Les caractéristiques fondamentales d' un réseau à fibre optique doivent être variables . En particulier, avec l'application des systèmes de transmission DWDM et EDFA aux communications optiques, il est nécessaire d'aplanir ou d'égaliser le gain du canal de transmission et d'optimiser la puissance du canal dans le récepteur optique. Outre le contrôle dynamique de la saturation, les réseaux optiques doivent également contrôler d'autres signaux, ce qui fait du VOA un composant clé indispensable. De plus, le VOA peut être combiné à d'autres composants de communication optique, ce qui lui confère des caractéristiques de module haut de gamme.

Ces dernières années, de nombreuses technologies sont apparues dans la fabrication d'atténuateurs optiques variables, notamment le VOA mécanique, le VOA magnéto-optique, le VOA LCD, le VOA MEMS, le VOA thermo-optique et le VOA acousto-optique.

Le principe de l'atténuateur optique polarisé mécanique (VOA)
repose sur l'utilisation d'un filtre à gradient neutre entraîné par un moteur pas à pas. Sa puissance optique de sortie, selon une règle d'atténuation prédéterminée, varie selon la position du faisceau lumineux traversant le filtre, afin d'ajuster l'atténuation. Il existe également un atténuateur optique polarisé mécanique. Son principe de base est que le faisceau lumineux émis par le port d'entrée est réfléchi par la feuille réfléchissante vers le port. L'efficacité du couplage du réflecteur entre les deux ports est contrôlée par l'angle d'inclinaison de la feuille réfléchissante, permettant ainsi d'ajuster l'atténuation lumineuse. L'inclinaison de la feuille réfléchissante est contrôlée par différents mécanismes. L'atténuateur optique mécanique est une solution plus traditionnelle. Jusqu'à présent, l'application VOA dans les systèmes a été la méthode mécanique la plus utilisée pour obtenir l'atténuation. Cet atténuateur optique bénéficie d'une technologie mature, de propriétés optiques, d'une faible perte d'insertion, de pertes liées à la polarisation et ne présente aucun contrôle de température. Son inconvénient réside dans la taille et la complexité des composants, le faible taux de réponse, la difficulté d'automatisation de la production et le manque d'intégration.

VOA magnéto-optique.
L'utilisation de certaines substances dans le champ magnétique se traduit par des modifications des propriétés optiques, telles que l'effet de rotation magnétique (effet Faraday), et permet également d'atténuer l'énergie lumineuse afin d'ajuster le signal optique. L'effet magnéto-optique du matériau, combiné à d'autres techniques, permet de créer un atténuateur optique hautes performances, compact et à réponse rapide, doté d'une structure relativement simple. Ce dispositif LLL, utilisant une technologie discrète, produit un atténuateur optique qui représente une avancée dans ce domaine.

L'atténuateur optique
à cristaux liquides (VOA) utilise une anisotropie de l'indice de réfraction des cristaux liquides pour produire une biréfringence. L'application d'un champ électrique externe modifie l'orientation des molécules du cristal liquide, ce qui modifie ses caractéristiques de transmission. L'atténuation peut être obtenue en modifiant l'intensité lumineuse grâce à un contrôle de tension appliqué aux deux électrodes du cristal liquide. L'atténuateur optique à cristaux liquides (VOA) offre une miniaturisation et une réponse élevée. Cependant, les cristaux liquides présentent des pertes plus importantes et leur processus de production est relativement complexe, notamment en raison des facteurs environnementaux. Son faible coût et sa disponibilité en grandes quantités sont des atouts majeurs.

MEMS VOA
(systèmes MEMS à ondes courtes) est une technologie innovante dans ce domaine. Après plusieurs années de développement, le processus de production des puces MEMS a gagné en maturité, ce qui a fortement stimulé l'application des atténuateurs optiques MEMS . Pour les applications de réseaux optiques, les produits basés sur la technologie MEMS présentent également des avantages évidents en termes de prix et de performances. Les MEMS VOA sont très matures et peuvent être produits en série et appliqués à grande échelle. Des problèmes de rendement et de prix sont également rencontrés. De plus, la fiabilité des composants microélectromécaniques est parfois insuffisante. Les premiers MEMS VOA, utilisant le soudage laser, étaient fabriqués dans des dispositifs plus volumineux, mais leur rendement de production était faible et leurs coûts d'assemblage élevés. Actuellement, la technologie plastique MEMS VOA est également introduite sur le marché, offrant une solution efficace à ce problème.

AOA thermo-optique.
L'AOA thermo-optique exploite principalement les variations de propriétés optiques liées au champ thermique, telles que les variations de température induites par la variation de l'indice de réfraction thermo-optique. Selon leur structure, les AOA thermo-optiques peuvent être divisés en deux catégories : à fuite et à lumière ouverte. L'AOA thermo-optique, due au chauffage et au refroidissement, est relativement complexe. La relation mathématique entre le champ thermique et l'indice de réfraction du milieu photoconducteur est complexe et difficile à quantifier et à contrôler avec précision. Son temps de réponse plus long, en particulier, entrave son application aux communications optiques modernes.

Le principe de base de l'AVOA (Atténuateur Variable d'Amplification Acoustique)
est d'utiliser la contrainte cyclique, ce qui entraîne une variation périodique de l'indice de réfraction, afin de créer un réseau de phase pour le cristal acousto-optique généré sous l'action des ondes ultrasonores, et donc modulable à l'aide du faisceau de trame. Certaines entreprises ont déjà annoncé avoir développé l'atténuateur variable à cristal acousto-optique (appelé AVOA). Il est entendu que l'acquisition du matériau du cristal acousto-optique ne pose aucun problème, mais à ce stade, le coût total est élevé, de l'ordre de 4 à 5 $.

Conclusion:

L'atténuateur optique variable est un composant optique essentiel des systèmes de communication optique. Au fil des ans, il est resté limité au niveau mécanique. Sa taille, peu propice à l'intégration, le rend généralement réservé à l'atténuation monocanal. Avec le développement du système DWDM et la flexibilité offerte par le marché pour la mise à niveau des multiplexeurs optiques reconfigurables (ROADM), la demande potentiellement forte nécessite davantage de canaux et un réseau d'atténuateurs optiques variables de petite taille, notamment pour les produits VOA intégrés. Les méthodes mécaniques traditionnelles ne permettent pas de résoudre ces problèmes. Avec le développement des réseaux à fibre optique, les tendances de développement du VOA sont : faible coût, haute intégration, temps de réponse rapide et intégration hybride avec d'autres dispositifs de communication optique.