Qu'est-ce qu'un commutateur optique?
Un commutateur optique est un dispositif qui transfère des signaux lumineux entre différents canaux dans des réseaux de communication. Les réseaux de fibres optiques ont été développés au 20ème siècle pour transporter des quantités de données plus importantes que celles possibles avec les systèmes à fils de cuivre antérieurs. L'utilisation croissante d'Internet et la multiplication des offres de téléphonie et de télévision cellulaires ont nécessité la gestion d'un plus grand nombre de données par des réseaux de communication.
Lorsqu'un réseau de fibres optiques achemine un signal lumineux d'un téléphone ou d'un ordinateur à un autre, il peut être nécessaire de déplacer le signal entre différents chemins de fibres. Pour ce faire, il faut un commutateur capable de transférer le signal avec une perte minimale de qualité de la voix ou des données. Lorsque les fibres optiques ont été développées pour la première fois, cela a été accompli avec un commutateur électro-optique qui a transformé le signal lumineux en un signal électrique, exécuté la fonction de commutation et reconverti le signal en une forme lumineuse. Ce système était acceptable pour les premiers systèmes à fibres optiques, mais des problèmes se sont posés lorsque la vitesse de transmission a augmenté.
La vitesse de commutation des commutateurs électriques est limitée par rapport à la vitesse de la lumière utilisée dans les transmissions par fibre. À mesure que les besoins en données augmentaient, la partie électrique du commutateur électro-optique créait des limites quant à la quantité de données pouvant être transmise. Des technologies de commutation optique plus avancées étaient nécessaires, en particulier pour éliminer la conversion électrique lors de la commutation de signaux lumineux.
Le développement des systèmes microélectromécaniques (MEMS), qui utilisent de minuscules miroirs pour transférer les signaux lumineux, constitue une amélioration importante. Les MEMS constituaient un avantage par rapport aux commutateurs électro-optiques car la conversion vers et à partir de signaux électriques n'était pas nécessaire. Les transmissions lumineuses ont été transférées directement entre différentes fibres dans un dispositif MEMS, permettant des vitesses de transmission équivalentes aux limites de la fibre optique jusqu'à un point.
Les dispositifs MEMS transfèrent les signaux en réfléchissant les signaux lumineux d'un câble à fibre optique entrant vers une fibre différente dotée de minuscules miroirs mobiles. Un contrôleur informatique détermine où la communication d'appel ou de données est en cours et quelle fibre sortante est nécessaire pour établir la connexion. Chaque fibre optique entrante a un miroir à côté de l'extrémité de la fibre qui est contrôlé par un petit moteur électrique. Lorsque le signal lumineux quitte la fibre, il se reflète sur le miroir et sur l'extrémité de la fibre sortante jugée nécessaire par l'ordinateur. Ces commutateurs fonctionnent très rapidement, ce qui permet d'envoyer une grande quantité de données sur des réseaux à fibres optiques.
Des problèmes de conception de MEMS sont apparus lorsque les sociétés de fibre optique ont continué à étendre leurs systèmes de transmission. Alors que les câbles à fibres optiques devenaient plus grands pour accueillir plus de données, les MEMS commençaient à causer des pertes de signaux car les miroirs transféraient les signaux lumineux à beaucoup plus de connexions. La qualité du signal a commencé à se dégrader à mesure que les distances entre les fibres devenaient plus longues. Une amélioration consistait à créer des dispositifs MEMS tridimensionnels (3D), dans lesquels une série de commutateurs étaient empilés les uns sur les autres, permettant à chaque commutateur de traiter moins de signaux en utilisant de courtes distances de commutation.
Un autre type de commutateur optique sans pièces mobiles est un commutateur numérique, utilisant des cristaux de silicium pour contrôler la lumière. Dans ces commutateurs, un cristal de silicium solide est placé entre des paires de fibres optiques. L'indice de réfraction, ou la quantité de lumière qui est courbée lors de son passage à travers le cristal, changera si de la chaleur est appliquée. Les petits appareils de chauffage sont placés à des positions le long du cristal et sont activés lorsque des signaux lumineux entrent. Lorsque l'indice de réfraction change, le signal lumineux peut être dirigé vers différentes fibres de sortie, sans avoir besoin de miroirs ou d'autres pièces mobiles. La qualité du signal peut également être améliorée par rapport aux dispositifs MEMS, car les miroirs provoquent de petites pertes que l’on n’observe pas avec les commutateurs numériques.