Un commutateur optique est un appareil qui transfère des signaux lumineux entre différents canaux dans les réseaux de communication. Les réseaux de fibres optiques ont été développés au 20e siècle pour transporter des quantités de données plus importantes que ce qui était possible avec les systèmes à fil de cuivre antérieurs. L’utilisation croissante d’Internet et l’expansion des offres de téléphonie cellulaire et de télévision nécessitaient la gestion de plus grandes quantités de données par les réseaux de communication.
Lorsqu’un réseau de fibre optique transporte 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 fibre. Pour ce faire, un commutateur est nécessaire pour transférer le signal avec une perte minimale de qualité de la voix ou des données. Lorsque la fibre optique a été développée pour la première fois, cela a été accompli avec un commutateur électro-optique qui a changé le signal lumineux en un signal électrique, a effectué la fonction de commutation et a reconverti le signal en une forme lumineuse. Ce système était acceptable pour les premiers systèmes à fibres optiques, mais des problèmes sont apparus à mesure que les vitesses de transmission augmentaient.
Les commutateurs électriques ont certaines limitations sur la vitesse de commutation 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 a créé des limites quant à la quantité de données pouvant être transmises. Des technologies de commutation optique plus avancées étaient nécessaires, en particulier pour supprimer la conversion électrique lors de la commutation des signaux lumineux.
Une grande amélioration est venue avec le développement de systèmes microélectromécaniques (MEMS), qui utilisent de minuscules miroirs pour transférer les signaux lumineux. Les MEMS étaient un avantage par rapport aux commutateurs électro-optiques car la conversion vers et depuis les 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 certain point.
Les dispositifs MEMS transfèrent les signaux en réfléchissant les signaux lumineux d’un câble à fibre entrant vers une fibre différente avec de minuscules miroirs mobiles. Un contrôleur informatique détermine où va l’appel ou la communication de données 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 sort de la fibre, il se réfléchit sur le miroir et dans l’extrémité de la fibre sortante que l’ordinateur détermine comme nécessaire. Ces commutateurs fonctionnent très rapidement, permettant à une grande quantité de données d’être envoyées à travers les réseaux de fibre.
Des problèmes avec les conceptions MEMS se sont produits lorsque les entreprises de fibre optique ont continué à étendre leurs systèmes de transmission. Au fur et à mesure que les câbles à fibres optiques sont devenus plus gros pour accueillir plus de données, les MEMS ont commencé à provoquer des pertes de signal parce que les miroirs transféraient des signaux lumineux vers beaucoup plus de connexions. La qualité du signal a commencé à se dégrader à mesure que les distances entre les fibres s’allongeaient. Une amélioration consistait à créer des dispositifs MEMS tridimensionnels (3D), où une série de commutateurs étaient empilés les uns sur les autres, permettant à chaque commutateur de gérer moins de signaux en utilisant de courtes distances de commutation.
Un autre type d’interrupteur optique qui n’a pas de pièces mobiles est un interrupteur 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 courbée lorsqu’elle traverse le cristal, changera si de la chaleur est appliquée. De petits éléments chauffants sont placés 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 ne voit pas avec les commutateurs numériques.