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Introduction au commutateur optique, par Fibermart
Lorsqu'on parle du rôle des commutateurs optiques, on pourrait dire que sans commutateur, pas de réseaux de communication. Bien que cette vision des commutateurs optiques soit un peu exagérée, elle démontre pleinement leur importance. Depuis la première génération de réseaux de télécommunication, notamment les systèmes de commutation téléphonique, un grand nombre de commutateurs étaient utilisés pour former une unité de commutation assurant la commutation de circuits entre les utilisateurs. Aujourd'hui, avec le développement de la technologie DWDM, les réseaux optiques se développent progressivement pour devenir la nouvelle génération de réseaux de communication, suscitant un intérêt croissant et faisant l'objet de nombreuses recherches. Dans les réseaux optiques DWDM, l'utilisation de commutateurs optiques est inévitable pour convertir et transférer les différentes longueurs d'onde des signaux optiques. Le commutateur optique est le composant central pour la commutation complète et même la protection du circuit. Largement utilisé, il joue un rôle essentiel dans les réseaux optiques.
Index techniques des commutateurs optiques
Lors de l’évaluation d’un nouveau commutateur optique, nous devons prendre en compte les sept indices techniques suivants.
- Hautement stable et fiable pour les besoins de grande capacité à long terme des systèmes de communication.
- Faible perte d'insertion et efficacité de couplage élevée.
- Faible diaphonie et taux d'extinction élevé. La diaphonie peut affecter directement la qualité de transmission du signal, avec une isolation typique de 40 et 50 dB.
- Avec des caractéristiques de faible entraînement et de température.
- La commutation de vitesse peut être régulée pour différentes applications.
- La bande passante de travail du commutateur optique correspond à la fibre, au filtre optique et à l'amplificateur de la fenêtre de travail DWDM 1300 nm-1650 nm, et le commutateur optique doit y être conforme.
- Le coût et les extensions du commutateur optique sont également une considération importante.
Types de commutateurs optiques
Un commutateur optique possède un ou plusieurs ports d'entrée et deux ou plusieurs ports de sortie, généralement appelés commutateurs optiques 1xN ou NxN. Leurs principes et technologies diffèrent, leurs caractéristiques et leur utilisation étant variées. Selon leur technologie de fabrication, les commutateurs optiques peuvent être classés en commutateurs optiques mécaniques , opto-micromécaniques, MEMS (systèmes microélectromécaniques), etc. Parmi ces commutateurs, les plus avancés et les plus couramment utilisés sont les commutateurs optiques mécaniques et MEMS. Il existe également des commutateurs optiques à cristaux liquides, thermiques, acousto-optiques, à guide d'ondes, à semi-conducteurs et magnéto-optiques. Selon leur application, les commutateurs optiques peuvent être classés en commutateurs optiques mécaniques, en commutateurs optiques pour montage en rack, en commutateurs optiques de table, etc. Voici une brève présentation de quelques commutateurs optiques couramment utilisés.
Commutateur optique optomécanique
Les commutateurs optiques mécaniques se développent depuis longtemps et sont actuellement les plus largement déployés. Ces dispositifs commutent en déplaçant la fibre ou d'autres éléments optiques volumineux à l'aide de moteurs pas à pas ou de relais. Les avantages des commutateurs optiques mécaniques traditionnels sont une faible perte d'insertion (< 2 dB), une isolation élevée (> 45 dB) et une insensibilité à la polarisation et à la longueur d'onde. En général, les commutateurs optiques optomécaniques collimatent le faisceau optique de chaque fibre d'entrée et de sortie et déplacent ces faisceaux collimatés à l'intérieur du dispositif. Cela permet une faible perte optique et une distance entre les fibres d'entrée et de sortie sans effets néfastes. Les inconvénients des commutateurs optiques mécaniques traditionnels sont leur long temps d'activation et de désactivation, ainsi que leur encombrement plus important que celui des autres solutions. Il est donc difficile de réaliser des matrices de commutation optique de grande taille. Cependant, grâce aux progrès technologiques, les nouveaux dispositifs micromécaniques permettent de surmonter ce problème. La nouvelle génération de commutateurs optiques optomécaniques se caractérise par une bande passante plus large, une structure compacte et une taille réduite, ce qui permet de réduire considérablement le nombre d'éléments de commutation optique dans une matrice et le nombre de commandes correspondantes.
Commutateur optique MEMS
Le commutateur optique MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) est un micro-commutateur optique en espace libre composé d'un matériau semi-conducteur. Cette technologie de commutation optique avancée suscite actuellement un vif intérêt dans le monde entier. Compact, léger et facilement extensible, il combine les avantages des commutateurs optiques mécaniques et à guide d'ondes, tout en surmontant leurs défauts. Grâce à l'intégration électrique, mécanique et optique, il peut transmettre de manière transparente différents débits et services métiers, et est désormais largement utilisé dans l'industrie.
Interrupteur optique thermique
Ce type de technologie est couramment utilisé pour fabriquer des commutateurs optiques miniatures. En général, les commutateurs thermo-optiques sont basés sur des guides d'ondes en polymères ou en silice. Leur fonctionnement repose sur la variation de l'indice de réfraction en fonction de la température, générée par un élément chauffant résistif placé au-dessus du guide d'ondes. Leur lenteur ne les limite pas dans les applications actuelles. Il existe principalement deux types de commutateurs optiques : les commutateurs optiques numériques (DOS) et les commutateurs optiques à interféromètre.
Commutateur acousto-optique
Dans ce type d'interrupteur, l'onde acoustique est utilisée pour contrôler la déviation de la lumière. L'absence de pièces mobiles rend cette méthode plus fiable. En général, la perte d'un interrupteur acousto-optique 1×2 est inférieure à 2,5 dB.
Commutateur optique à guide d'ondes
Le commutateur optique à guide d'ondes est un nouveau type de commutateur optique à structure de guide d'ondes. Il utilise également des effets électro-optiques, acousto-optiques, thermo-optiques et magnéto-optiques. Grâce à sa petite taille, il trouve une application à grande échelle dans l'OXC.
Commutateur magnéto-optique
Le principe du commutateur magnéto-optique repose sur l' effet de rotation de Faraday . Comparé au commutateur optique mécanique traditionnel, le commutateur magnéto-optique offre une vitesse de commutation plus rapide et une meilleure stabilité. De plus, comparé aux autres commutateurs optiques non mécaniques, il présente une tension de commande plus faible et une faible diaphonie. Par conséquent, le commutateur magnéto-optique sera un type de commutateur optique très compétitif à l'avenir.
Commutateur optique à cristaux liquides
Le principe de fonctionnement du commutateur optique à cristaux liquides repose sur le contrôle de la polarisation : la lumière est réfléchie par une partie polarisée, tandis que la lumière passe par l'autre. Grâce à son coefficient optique élevé, le cristal liquide est le matériau photoélectrique le plus performant. De plus, sa vitesse de commutation peut atteindre la microseconde. Grâce aux progrès technologiques, elle pourrait atteindre la nanoseconde à l'avenir.
Commutateur de dérivation optique
Après avoir présenté les différents types de commutateurs optiques couramment utilisés, vous comprendrez mieux ce qu'est un commutateur optique. Il existe également un commutateur optique appelé commutateur de dérivation optique. Son nom est souvent source de confusion pour les utilisateurs. Il s'agit d'un commutateur optique doté d'une fonction de commutation de protection. Il est généralement utilisé pour la reprise après panne du réseau. Il fournit un port d'accès permanent et fiable pour les dispositifs de sécurité et de surveillance du réseau en ligne. Le commutateur de dérivation optique commute automatiquement le trafic réseau via les dispositifs en ligne ajoutés ou contourne les dispositifs sur le point d'être retirés. En un clin d'œil, il protège le trafic réseau contre les pertes de signal et de puissance sur le dispositif en ligne connecté. Cette technologie de commutation optique est utilisée dans de nombreux autres appareils et est largement utilisée pour la protection des lignes optiques des systèmes PDH, SDH, C/DWDM, de communication de puissance et de télévision par câble, etc.
Application et perspectives des commutateurs optiques
Application
Le commutateur optique joue un rôle essentiel dans les réseaux optiques : il constitue non seulement le cœur de commutation des équipements clés des réseaux WDM , mais aussi un composant essentiel des réseaux optiques. Les principales applications des commutateurs optiques sont les suivantes :
- Fonction de commutation de protection : les commutateurs optiques sont généralement utilisés pour la reprise après panne du réseau. En cas de rupture de fibre ou de défaillance de transmission, le commutateur optique commute le signal de la route principale vers la route secondaire. Pour cette application, le commutateur optique 1X2, le plus simple , semble être le plus couramment utilisé. De plus, les commutateurs optiques avec fonction de dérivation peuvent être largement utilisés dans divers types de passerelles réseau. Ils protègent le réseau contre les pannes et simplifient sa maintenance en garantissant son intégrité en cas de coupure de courant. Lorsque des périphériques en ligne d'un réseau fibre optique gigabit sont hors tension ou doivent être déconnectés du réseau, les commutateurs de dérivation optique orientent automatiquement le trafic réseau vers les périphériques de dérivation les moins alimentés.
- Surveillance du réseau – Au point de test distant, plusieurs fibres peuvent être connectées à un OTDR grâce au commutateur optique 1xN. La commutation du commutateur optique permet de surveiller toutes les fibres. De plus, le commutateur de dérivation optique prend en charge la surveillance en cas de panne de courant avec tout appareil en ligne à fibre optique, pourvu qu'il partage la même source d'alimentation que l'appareil en ligne. Lorsque le commutateur de dérivation optique est alimenté, il détourne le trafic réseau vers les appareils en ligne. Dans ce cas, tout le trafic en ligne est directement acheminé vers l'appareil connecté au commutateur de dérivation optique.
- Test optique – En connectant les composants optiques qui vont être testés avec des fibres optiques, via des commutateurs optiques 1xN, ces composants optiques peuvent être testés en surveillant le signal de chaque canal des commutateurs optiques.
- Appliqué à l'OADM et à l'OXC , l'OADM est principalement utilisé dans les réseaux métropolitains en boucle (MAN). Il permet d'ajouter un ou plusieurs nouveaux canaux de longueur d'onde à un signal WDM multi-longueurs d'onde existant, et/ou de supprimer un ou plusieurs canaux pour les transférer vers un autre chemin réseau. L'utilisation de commutateurs optiques permet d'accroître considérablement la flexibilité de configuration du réseau. L'OXC est composé de matrices de commutation optique. Il est principalement utilisé pour les interconnexions dans les réseaux optiques fédérateurs, assurant la protection contre les pannes, la gestion dynamique du trajet optique et la flexibilité des services réseau.
Perspective
Avec le développement des réseaux de transport optique, de nouvelles technologies de commutation optique apparaissent constamment, tandis que les technologies originales continuent de s'améliorer. L'évolution des réseaux de transmission optique vers le très haut débit et la grande capacité implique une survivabilité, une protection et une reprise d'activité critiques. La commutation optique joue un rôle important dans la protection et la reprise d'activité et comble ce manque. Afin de mieux s'adapter à la modernisation croissante des réseaux, la taille de la matrice de commutation des commutateurs optiques pourrait continuer de croître. De plus, la vitesse de commutation des commutateurs optiques nécessitera des exigences plus élevées. En résumé, un commutateur optique haute capacité, haut débit et à faibles pertes sera nécessaire dans les réseaux du futur et jouera un rôle plus important dans le développement des réseaux optiques.
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