commutateur optique

Un commutateur optique dirige des faisceaux lumineux le long de différents chemins à l'intérieur de réseaux de fibres optiques ou de circuits photoniques. Au lieu de déplacer des électrons à travers des conducteurs en cuivre comme le ferait un commutateur conventionnel, il redirige des photons voyageant à travers des fibres de verre ou des guides d'ondes. La fonction principale reste identique : connecter l'entrée A à la sortie B, ou rompre complètement cette connexion. Ce qui change, c'est le support et les mécanismes qui contrôlent le routage.

Les commutateurs optiques se divisent en deux catégories principales de construction. Les commutateurs mécaniques utilisent des miroirs motorisés ou des prismes rotatifs pour rediriger physiquement les faisceaux lumineux ; ceux-ci sont robustes et offrent des rapports de contraste très élevés, mais commutent relativement lentement, généralement en millisecondes. Les commutateurs électro-optiques utilisent l'effet Pockels ou des phénomènes similaires dans des matériaux comme le niobate de lithium pour modifier l'indice de réfraction sous un champ électrique, dirigeant la lumière sans pièces mobiles. Les dispositifs électro-optiques commutent en microsecondes ou plus rapidement, mais exigent un contrôle précis de la tension et présentent souvent une perte d'insertion plus élevée.

Où les commutateurs optiques se situent dans un réseau

Dans l'infrastructure de télécommunications, les commutateurs optiques gèrent le routage de longueur d'onde et les opérations de brassage aux nœuds du réseau. Un commutateur 1x2 divise une fibre d'entrée en deux sorties ; des matrices plus grandes comme 16x16 ou 32x32 commutent plusieurs fibres simultanément. La perte d'insertion, mesurée en décibels, dégrade la force du signal ; les conceptions modernes visent des pertes inférieures à 1 dB par commutateur. La diaphonie, la fuite de lumière d'un canal à un autre, doit rester inférieure à moins 40 dB, sinon la qualité du signal souffre à des débits de données élevés.

Les commutateurs sélectifs en longueur d'onde combinent la commutation optique avec le filtrage, acheminant différentes longueurs d'onde sur une seule fibre vers différentes sorties physiques. Cela permet à une paire de fibres de transporter des dizaines de signaux indépendants qui sont ensuite séparés et acheminés par longueur d'onde. De tels commutateurs sont essentiels dans les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) où chaque longueur d'onde transporte 100 Gbps ou plus.

Le terme commutateur optique distingue cet appareil d'un crossbar électrique qui fonctionne en aval après que les photodiodes convertissent la lumière en signaux électriques. Pour la plupart des réseaux longue distance et métropolitains, la commutation au niveau optique réduit la consommation d'énergie et la latence par rapport à la conversion optoélectronique à chaque nœud. À mesure que le trafic des centres de données a augmenté, la demande de commutation optique rapide et à faible perte a stimulé le développement de commutateurs intégrés photoniques sur silicium qui combinent le routage, le filtrage et le conditionnement du signal sur une seule puce.