Depuis le début des années 1970, la demande d'un trafic accru de communications et d'informations a fait fleurir le réseau de fibres optiques. En fait, le réseau de fibre optique moderne comprend une grande partie de la dorsale Internet. Cela inclut les câbles de communication longue distance contenant des fibres optiques acheminées sous la mer et dans des conduits souterrains – des fibres optiques qui interconnectent les centres de données du monde entier et amènent la fibre jusqu'au bureau (FTTO) et la fibre jusqu'au domicile (FTTH).
Ces dernières années, la croissance de l'industrie de la fibre optique a été encore plus explosive. La technologie de la fibre optique s'est étendue aux connexions à courte distance entre des appareils tels que les réseaux informatiques, les téléviseurs haute définition, les cartes mères et les appareils des ordinateurs. La fibre de verre optique, dont la structure est hautement technique pour le multimode et le monomode, a évolué, tout comme la plupart des fibres optiques en plastique utilisées pour les communications à très courte distance. De nombreuses entreprises ont contribué à la prolifération des utilisations et des formes de la fibre, notamment (pour n'en nommer que quelques-unes) Alcatel, AT&T, Ciena, Cisco, Corning, Finisar, JDS Uniphase, Lucent Technologies et Tyco.
La fabrication de câbles à fibres optiques pour la grande diversité du réseau de fibres est une industrie de plusieurs milliards de dollars. Les câbles à fibres optiques (cordons de brassage et interconnexions extérieurs et intérieurs) doivent adopter une grande variété de facteurs de forme personnalisés pour réaliser tous les différents types d'interconnexion nécessaires. Un cordon de raccordement à fibre optique typique est une fibre optique en verre qui se termine à chaque extrémité par des connecteurs (tels que SC, LC et MT), qui permettent au cordon de raccordement d'être connecté rapidement et de manière fiable à d'autres dispositifs fonctionnels tels que des commutateurs optiques, coupleurs optiques, amplificateurs et WDM. La technologie de terminaison de fibre optique implique des époxydes spécialisés, un polissage miroir, une inspection et des tests de continuité et de performance.
Le développement de guides d'ondes polymères comme solution alternative
Au début des années 1980, les ingénieurs de DuPont ont prévu la nécessité d'un assemblage de fibres optiques personnalisé plus facile à produire. En 1985, ils ont présenté un guide d'ondes photographié dans un film polymère. Entre 1985 et 1998, DuPont a développé une technologie - et plus tard a créé la société Optical InterLinks (OIL) - pour fabriquer des dispositifs de données optiques à haute performance et à faible coût.
La technologie utilise un guide d'ondes en polymère: un film polymère flexible et autoportant développé à l'aide d'un processus photo-image, qui permet une duplication rapide. Les fonctionnalités disponibles comprennent les séparateurs / combineurs, les profils d'index gradué ou échelonné et les mélanges optiques. Des interconnexions à 90 degrés avec des miroirs d'E / S, des miroirs / réflecteurs de surface et d'autres surfaces optiques sont facilement incorporées. Cette technologie permet des sondes et capteurs optiques personnalisés très compacts. En utilisant des processus matriciels, des capteurs optiques peuvent également être produits en utilisant ce type de processus où deux fibres qui se croisent transfèrent la puissance optique lorsque la pression déforme leurs chemins de guide d'ondes, créant ainsi une fonction de «diaphonie». Des capteurs à faible coût au format matriciel pourraient être produits en série pour mesurer facilement les points de pression, de la même manière qu'une main tient un verre avec des coussinets de paume et de doigt.
Ce processus automatisé pourrait permettre des applications à volume élevé pour les communications à courte distance telles que le bus de données automobile. Alors que les voitures deviennent de plus en plus complexes, l'utilisation de systèmes de bus à fibres optiques en plastique hautement reproductibles et peu coûteux à reproduire en quantités de milliers (ou de centaines de milliers) est essentielle. Dans la recherche de ce sujet, une partie de mon processus a consisté à contacter Wayne Kachmar par l'intermédiaire de sa société, Technical Horsepower Consulting, pour une consultation sur la technologie des guides d'ondes polymères Optical InterLinks (OIL). L'expérience de M. Kachmar - plus de 38 ans dans la conception, les tests, la création de spécifications et l'installation de câbles à fibres optiques - m'a donné un aperçu supplémentaire des tendances globales de l'industrie et des opportunités spécifiques concernant cette technologie. Selon l'expert en câbles optiques Wayne Kachmar, les guides d'ondes en polymère pourraient être une technologie concurrente dans l'industrie automobile pour les raisons mentionnées ci-dessus.
Gardez à l'esprit que les guides d'ondes en polymère ne sont pas une nouvelle technologie. Entre 1993 et 1997, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a soutenu un projet dans lequel Optical InterLinks a fourni le réseau de guides d'ondes en polymère flexible entre les PD / VCSEL et son organisation de liaison optique parallèle. Un autre projet a suivi avec la DARPA, qui est une agence du département américain de la Défense. De nombreuses publications, des prototypes livrés et la publicité des projets DARPA ont suscité une prise de conscience du marché et un intérêt pour les guides d'ondes en polymère. En 30 ans de travail avec cette technologie, Optical InterLinks a fini par comprendre bon nombre des subtilités de la photochimie de ce système pour affiner davantage les performances des dispositifs optiques créés.
Pourquoi cette technologie n'a-t-elle pas fait son chemin dans l'industrie de la fibre optique?
Les guides d'ondes en polymère ont réussi à susciter l'intérêt, et certaines entreprises ont observé cette technologie en développement pendant un certain temps. Toute technologie introduite sur un marché doit trouver une niche et résoudre un problème. Dans quels domaines cette technologie pourrait-elle résoudre des problèmes? La consultation de Wayne Kachmar avec moi a inclus certaines des applications et opportunités les plus viables, énumérées ici:
- Applications de la carte mère d'ordinateur pour le calcul haute vitesse
- La possibilité de fournir une entrée optique aux dispositifs OLED (LED organiques) flexibles - Dans la «signalisation portable», un écran sur votre chemise recevrait et transmettrait des données
- Systèmes de réseau automobile - La charge de communication moyenne dans les automobiles suit de près la loi de Moore (la puissance de calcul double tous les 2 ans)
Qu'est-ce qui empêche une adoption majeure des guides d'ondes polymères dans l'industrie de la fibre optique?
Lors de mes consultations avec les ingénieurs et les experts de l'industrie d'Optical InterLinks tels que Wayne Kachmar, je pense qu'il y a 4 raisons principales pour lesquelles la technologie des guides d'ondes en polymère n'a pas été pleinement intégrée dans notre industrie :
- Malgré le fait que la technologie des guides d'ondes polymères d'Optical InterLinks existe depuis 30 ans, elle est encore très unique. À certains égards, cette technologie est une solution en avance sur son temps. Bien que la technologie des capteurs, les bus de données automobiles et les fonds de panier optiques pour ordinateurs se concrétisent rapidement, ils ne nécessitent pas encore la vitesse et la simplicité que représente cette technologie. (Les systèmes conducteurs métalliques tels que les systèmes de bus en cuivre ont largement dépassé les attentes des experts, même si nous approchons peut-être des limites du cuivre.) La création d'un modèle de photo-imagerie nécessite une bibliothèque d'éléments photoniques et des règles d'espacement, des rayons de courbure minimum, modal remplissage, et ainsi de suite. Optical InterLinks a développé un grand nombre de ces composants pour sa technologie de guides d'ondes en polymère, mais ils n'ont pas encore trouvé un pied solide dans l'industrie de la fibre optique.
- D'autres technologies utilisant des matériaux à base de Si et de Si cherchent à créer des structures de guide d'ondes plus petites, plus denses et moins chères. Les méthodes d'intégration de sources lumineuses et d'amplification à des solutions à base de silicium sont étudiées par un mélange d'entreprises, y compris des sociétés de systèmes et des fabricants de circuits intégrés (photoniques), avec une grande variété de solutions concurrentes. Les entreprises impliquées dans la volonté de faire pénétrer davantage la lumière dans les circuits intégrés préfèrent développer et maintenir elles-mêmes des technologies innovantes. La tendance est de conserver ces informations exclusives en interne plutôt que de collaborer avec un partenaire extérieur. En raison du manque de propriété intellectuelle liée à la technologie des guides d'ondes polymères, il s'agit en fait d'une technologie open source. Cela signifie, selon toute vraisemblance, qu'aucune organisation n'investirait une grande somme d'argent pour la développer davantage. D'un autre côté, cela signifie que la porte est ouverte à quiconque pour embrasser la technologie et l'intégrer dans son application.
- L'avènement des fibres insensibles à la courbure a considérablement limité l'intérêt de la technologie des guides d'ondes polymères d'Optical InterLinks pour toutes les applications à large bande passante. En outre, la difficulté de la connectivité des fibres conventionnelles peut devenir obsolète avec l'avancement rapide et l'acceptation de la technologie additive (également appelée impression 3D) pour créer (imprimer) des connecteurs à fibre optique. Ces nouvelles technologies concurrentes - fibre insensible à la courbure et technologie additive - seront probablement des choix plus populaires pour des applications telles que les fonds de panier optiques pour les ordinateurs. Ces technologies sont hautement brevetables et il est possible de produire en masse des produits en utilisant ces technologies. Lors de ma discussion avec Wayne Kachmar, il a avancé une idée intéressante: «Dans le monde de l'automobile, deux technologies travaillant ensemble - la technologie additive et la technologie des guides d'ondes polymères d'OIL - pourraient potentiellement être une solution tueur pour les dorsales de données automobiles. Cette niche offre potentiellement le volume, la demande et les exigences pour faire avancer les guides d'ondes en polymère. Cette application pourrait être parfaitement adaptée à la technologie des guides d'ondes en polymère. »
- La terminaison des guides d'ondes en polymère est encore un processus manuel et doit devenir plus automatisée. Cependant, à mesure que les guides d'ondes pénètrent davantage dans les puces électroniques, la terminaison de connecteur standard avec SC, LC et MT continuera à l'extérieur de la puce presque comme une queue de cochon. Mais en attachant la queue de cochon aux émetteurs ou aux détecteurs de la puce, d'autres méthodes de couplage de la lumière telles que la technologie additive peuvent devenir plus courantes sur la puce. Cela peut permettre à d'autres méthodes, y compris des dispositifs de guide d'ondes en polymère, d'entrer dans la zone inter-puces. Cependant, il est peu probable de changer le côté d'interface puce-fibre de verre de la connexion en raison de nombreux détails techniques tels que la discordance d'indice de réfraction, les formes de guide d'ondes plates à rondes ainsi qu'un certain nombre d'autres défis physiques, à commencer par la différence de retrait thermique du polymère et du verre (et donc du matériau du substrat en silicium).
Conclusion
La technologie des guides d'ondes polymères d'Optical InterLinks n'a pas encore trouvé de niche dans l'industrie de la fibre optique. Alors que de nombreuses innovations à travers l'histoire ont de multiples partisans et suivent des chemins à peu près parallèles - par exemple, la querelle «électrique» de Nikola Tesla et Thomas Edison ou la «guerre des formats» de Betamax et de la bande VHS - en général, l'une apparaît comme le choix préféré et apporte la standardisation à l'industrie. Pour certaines technologies et industries où la puissance de calcul commence à peine à exercer son influence, comme les capteurs et les systèmes automobiles, les guides d'ondes en polymère peuvent prendre pied. Wayne Kachmar l'a bien résumé dans notre discussion: «Il existe des opportunités pour cette technologie particulière. Les guides d'ondes en polymère sont prometteurs pour l'industrie de la fibre optique. »
