Article paru en novembre 2000Les MOEMS au coeur des noeuds de télécommunications optiques
Le tout-optique télécom avance dans les réseaux métropolitains et ira prochainement jusque chez l'abonné. Plus il se répand vers ce marché d'accès, plus s'accroît le besoin de composants pour résoudre les problèmes complexes de transmission que posent les noeuds optiques. Le Léti travaille activement sur les composants MOEMS et a même essaimé une start-up, Opsitech, qui commercialisera ses premiers composants en 2001.
Les composants MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) offrent simultanément des fonctions mécaniques, électriques et optiques. Dans les années 80, le Léti fut l'un des premiers à s'intéresser à l'optique intégrée sur silicium et à ces MOEMS porteurs de nombreuses applications : acquisition d'informations, traitement d'images, biomédical, contrôle industriel et surtout télécommunications optiques. En effet, la demande croissante de hauts débits due au développement du trafic de données et d'Internet génère une explosion des systèmes WDM (voir encadré).
Mais leur mise en oeuvre exige des fonctions complémentaires : sources laser, filtrage de longueur d'onde accordable, systèmes "add & drop", commutateurs, matrices d'inter- connexion, etc. "Et les MOEMS ont des arguments très convaincants pour répondre à ces besoins, en particulier pour satisfaire les exigences de faible diaphotie, de non dépendance en longueur d'onde et en polarisation, ainsi que l'ouverture vers des nombres de voies très élevés (1000 x 1000 pour les matrices d'interconnexion)" précise Eric Ollier, chef de projet MOEMS au Léti Grenoble.
Les fonctions de commutation optique
La commutation optique recouvre deux fonctions principales, qui s'effectuent à plusieurs niveaux de vitesse. Les micro-commutateurs, par exemple, orientent l'information vers un guide ou un autre. Cette commutation spatiale permet d'assurer des fonctions de reconfiguration et de protection. Elle devient nécessaire en cas de rupture de fibre, mais dans l'avenir on peut imaginer des réseaux qui seraient reconfigurables, par exemple pour optimiser la capacité du réseau en fonction de la demande (allocation temporaire de 32 longueurs d'onde pour les jeux de Sydney).
Dans ce domaine, le Léti a choisi de développer un aiguilleur opto-mécanique (breveté), constitué d'un guide optique contenu dans une poutre en silice mobile qui est déviée par une force électrostatique. L'application d'une tension entre les électrodes provoque la déviation du guide optique d'entrée qui peut être aligné en face d'un des guides optiques de sortie, réalisant ainsi la fonction de commutation. Toute la difficulté consiste à déplacer les guides optiques de façon à ce que le guide d'entrée soit positionné en face du guide de sortie choisi, avec une précision inférieure au demi-micron. Les très bons résultats obtenus sur l'aiguilleur élémentaire 1x2 ont permis la fabrication d'aiguilleurs de plus grande taille (1x4 et 1x8).
Plus globalement, cette solution basée sur le mouvement de guides optiques développés par le Léti résout les problèmes de montage, de consommation et de nombre de voies réduit, tout en conservant les avantages des approches mécaniques (insensibilité en longueur d'onde et polarisation, très faible diaphotie accessible, faible perte, faible consommation).
Hors de ces commutateurs relativement peu complexes, le Léti développe des matrices de brassage optique qui doivent permettre de mettre en liaison n'importe quelle entrée avec n'importe quelle sortie.
Eclateurs, VCSEL's et interféromètres
Le Léti travaille également sur les éclateurs, des composants qui permettent de diviser optiquement la puissance lorsque le faisceau arrivant par exemple dans un immeuble, sort de la fibre optique et doit être séparé au niveau de chaque appartement.
Au niveau des sources de lumière, l'augmentation du parallélisme des liens mène au développement de nouveaux types de lasers. Il s'agit par exemple des VCSEL's (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) qui, à terme, pourraient remplacer progressivement les diodes laser à 1,5 micron qui sont, pour l'instant, l'émetteur le plus utilisé dans le domaine des télécommunications.
Autre voie de recherche, le développement d'un interféromètre de Fabry-Perot accordable pour le filtrage de longueur d'onde dans les systèmes de télécommunications. L'accordabilité est réalisée grâce à la déformation d'une des membranes supportant l'un des miroirs constituant la cavité résonante à l'aide d'une force électrostatique.
Patrick Mottier, directeur d'une toute jeune start-up, Opsitech, travaille en partenariat étroit avec le Léti pour produire des diviseurs, multiplexeurs et autres... "sur un marché et dans une conjoncture où la demande excède largement l'offre, notre objectif est de répondre aux demandes des équipementiers des réseaux télécoms. Nous pensons sortir, mi-2001, des produits fabriqués sur des tranches de diamètre 200 mm".
Coordinateur du "Competence Center n°3"
En fait malgré l'implication de nombreux laboratoires, la richesse des développements actuels et l'existence de quelques composants déjà commercialisés, le développement des MOEMS est aujourd'hui un combat. Selon Jean-Jacques Aubert, chef de programme microdispositifs opto-électroniques, "pour que leur pénétration massive dans des produits commercialisés soit effective, il faut favoriser la prise de conscience par les industriels de la plus-value apportée et faciliter la mise en oeuvre des techniques nécessaires". Pour aller dans ce sens, une des missions du projet Europractice est d'organiser les différents acteurs au niveau européen. Le Léti participe à ce développement à travers les produits qu'il développe en partenariat industriel et également de par son rôle de coordinateur du "Competence Center n°3" dédié aux MOEMS dans le projet Europractice.
Et personne n'oublie que de toute façon, "de nombreux défis technologiques doivent encore être relevés pour abaisser les coûts et augmenter la viabilité des interconnexions optiques".
La technologie WDM
Il y a une dizaine d'années, on installait de gros câbles de fibres optiques sous la mer pour acheminer les communications entre l'Europe et l'Amérique. Depuis, les communications longue distance "point à point" se sont ramifiées aux extrémités en de nombreux réseaux locaux, premiers éléments de la "toile" optique de nos futures télécommunications. Mais plutôt que de câbler ces fibres en dur en multipliant leur nombre (donc les coûts), le multiplexage en longueur d'onde WDM propose de faire passer n communications dans chaque fibre, véhiculées par n longueur d'onde "porteuses" émises par le biais de n lasers.
Si le multiplexage excite tant les esprits, c'est qu'Internet impose des débits que le DWDM (D pour Dense) pourrait bien satisfaire. Aujourd'hui, on peut transmettre jusqu'à 100 longueurs d'onde espacées de 50 GHz et transporter jusqu'à 400 gigabits par seconde (Gbps) sur une seule fibre optique. Mais pourquoi ne pourrait-on pas dans l'avenir faire passer 1000 porteuses sur une seule fibre ?
