專利名稱：：利用極化結構控制光能的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及利用電場控制來控制能量，特別是光束傳播的裝置，特別是光學裝置。詳細地講，本發(fā)明涉及具有包括周期極化結構的極化結構和電極的裝置，該裝置在施加于電極之間的受控電場存在時使得光能可以受控傳播。更詳細地講，本發(fā)明涉及一種新類型的基于利用在固態(tài)材料中的極化結構可轉換的能量變換裝置，能量傳導裝置，濾波器，和大型能量轉移裝置。在一些應用中，可以用電切換極化結構，以控制光能或甚至聲能。極化切換特別可用于激光控制，通信，平板顯示，掃描裝置，以及記錄和重放裝置等領域?？梢杂迷陔姽?EO)或壓電材料中施加的電場來控制像光或聲束這樣的能量束之間的相互作用。希望在所有種類的切換的或調制的裝置中有一個波束相互作用的電控空間圖形。通過把電場形成圖形可以在利用電光或壓電效應的均勻基片中取得圖形化的響應。但是，關于電場的麥克斯韋方程使得銳變場不能擴展到一個大的范圍應用。一些材料可以被極化，這表明響應某些外部影響可以使它們的電光和/或壓電響應定向。在這些材料中可以在潛在的大范圍內在EO系數(shù)上產生銳變空間變化。通過把緩慢變化的電場與銳變(極化)材料結合在一起，可以制造和使用新型的圖形化結構。與固定EO晶體相比，可極化EO材料具有一個必須控制的額外自由度。通常在可以觀察到任何宏觀的EO響應之前，必須把基片極化為一種均勻的對準狀態(tài)。已經從最初具有無序分子的基材，以及僅在隨機定向的宏觀疇中具有局部自發(fā)相互對準的分子的基材制造出均勻極化的基片。第一種類型材料的一個例子是非線性聚合物。第二種類型材料的例子有鋯酸鈦酸鉛(PZT)之類的燒結壓電材料，液晶，以及鈮酸鋰(LiNbO3)之類的晶態(tài)鐵電材料。E.VanTomme，P.P.VanDaele，R.G.Baets，P.E.Lagasse等發(fā)表的“基于非線性光學聚合物的集成光學裝置(＂Integratedopticdevicesbasedonnonlinearopticalpolymers＂，IEEEJQE27778，1991)”描述了非線性光學聚合物的極化。在，例如，Miller等人10/1983申請的題為“利用反射器的表面聲波裝置(Surfaceacousticwavedeviceemployingreflectors)”的第4,410,823號美國專利中描述了PZT的極化。(在標準參考資料中描述了液晶的極化，例如，S.Chandrasekhar，LiquidCrystals，SecondEdition(1992)，CambridgeUniversityPress，Cambridge。)在Byer等人07/1991申請的題為“非線性光學輻射發(fā)生器和控制在固態(tài)體中的鐵電極化疇的區(qū)域的方法(Nonlinearopticalradiationgeneratorandmethodofcontrollingregionsofferroelectricpolarizationdomainsinsolidstatebodies)”的第5,036,220號美國專利中描述了鐵電晶體的極化。極化的EO裝置的例子包括Jpn.J.Appl.31,1378(1992)[UOS92]上S.Ura，R.Ohyama，T.Suhara和H.Nishihara等發(fā)表的“用于集成光子裝置的使用新聚合物p-NAn-PVA的電光功能波導”一文中所述的在具有叉指式電極的聚合物層中的波束衍射體；Schildkraut等10/1992申請的題為“用于反射調制的光學產品”的第5,157,541號美國專利中所述的在一個具有平面電極的聚合物層中的光束調制器；H.Nzitoh，K.Muto，T.Nakayama等在Appl.Opt.17，101-104(1978)上發(fā)表的“反射鏡型分光器和光切換器”一文中所述的在一個具有一個電極對的鈮酸鋰波導管中的全內反射光束反射器；M.Papuchon，Am.Roy等在Appl.Phys.Lett.31，266-267(1977)上發(fā)表的“電激活光分叉OBA”一文中所述的在具有兩個電極的鈮酸鋰中的2×2波導開關；和H.Sasaki和I.Anderson在IEEEJoum.Quant.Elect.，QE14，883-892(1978)上發(fā)表的“光波導中的活性Y-形接頭的理論和實驗研究”一文中所述的在一個具有三個電極的鈮酸鋰波導管中的Y-形接頭光束路由選擇器。這些裝置使用了具有改變的電極和光學結構的均勻極化的材料。圖形化的極化的裝置的許多優(yōu)點還沒有被認識到。例如，在H.Nishihara，N.Haruna，T.Sahara所寫的“光學集成電路(OpticalIntegratedCircuits，McGraw-Hill，NewYork(1989)[NHS89]”一書中，描述了許多由各種電極圖形激活的電光裝置，但是所有這些裝置都是在一個均勻極化的基片上制造的。在T.Suharah和H.Nishihara所寫的另一篇評述文章“使用周期結構的集成光學元件和裝置(＂Integratedopticscomponentsanddevicesusingperiodicstructure＂IEEEJ.QuantunElectron，QE-22，845，(1986)[TH86])”中也是一樣，這篇文章描述了光柵耦合的裝置的一般特性，而沒有認識到一個極化的光柵與一個電極光柵不同的優(yōu)點。在一些選擇的文獻中已經指出了圖形化的極化基片的某些優(yōu)點。在Miller等人的第4,410,823號美國專利中描述一種具有一個在壓電陶瓷(但沒有電極)中的疇反轉陣列的表面聲波反射器；Q.Chen，Y.Chiu，D.N.Lambeth，T.E.Schlesinger，D.D.Stancil等所寫的“在LiTaO3中利用疇反轉的薄膜電光波束偏轉器(＂Thinfilmelectro-opticbeamdeflectorusinginLiTaO3＂，CTuN63，CLEO′93ConferenceProceedings，pp196et.seq.，OpticalSocietyofAmerica)中描述了具有在LiTaO3中的三角形疇反轉區(qū)的波束控制器。在Schaffner01/1994申請的題為“周期疇反轉電光調制器(Periodicdomainreversalelectro-opticmodulator)”的第5,278,924號美國專利中描述了一種具有疇反轉以補償微波和光束之間的相位差的Mach-Zehnder調制器。在Sriram等人11/1993申請的題為“用于檢測電場的電光傳感器(Electro-opticalsensorfordetectingelectricfields)”的第5,267,336號美國專利中描述了一種具有在一個電光基片上的一個疇反轉區(qū)的Mach-Zehnder電場傳感器。圖形化的極化結構的利用為波束控制(包括產生，調制，再定向，聚焦，濾波，轉換，分析，檢測和隔離)提供了效率優(yōu)勢，并能應用于激光控制；通信；數(shù)據(jù)存儲；和顯示。這些領域中所需要的是高效率的可調節(jié)波束控制方法。由于銳變疇過渡，一般可用圖形化極化的基片產生高頻變化來獲得較高效率的裝置；需要用電極來激發(fā)圖形化極化的基片，不需用電極產生高頻變化。在聚合物中的極化方法與晶體中的有很大不同，并且會導致不確定的疇邊界。在晶體中，有多種(通常是兩種)穩(wěn)定的極化方向，并且極化一個局部區(qū)域包括在這些交替的狀態(tài)之間倒轉原子。極化的區(qū)域是充分對準的，并且在相反方向的疇之間存在著銳變的邊界。在極化的聚合物中，無論極化的方向如何，任何分子可以在任何方向上定向。極化方法僅產生各個分子的隨機分布中的對準的平均向量。在聚合物中，這種極化(以及相關的EO系數(shù))因而具有在強度和方向上的連續(xù)的變化。缺乏在晶體中獲得的那種銳變的疇邊界。這對在聚合物中的某些類型的極化的裝置的效率產生很大的影響。由于聚合物中極化強度和方向取決于局部施加電場的強度和方向，因此不可能獲得具有比麥克斯韋方程允許的更為清晰的空間尺寸的極化分布。在聚合物中，如果空間圖形化極化的區(qū)域不是電極的話，幾乎不能從中獲得任何利益。在基于光學聚合物的裝置中，需要極化以創(chuàng)建電光響應。通過向制造在裝置上的電極施加電壓(在加熱的條件下)進行極化。用一個均勻的電極極化整個聚合物薄膜，然后再根據(jù)所需的功能把電極制成空間圖形。由于每個電場中的激活區(qū)也能被極化，因此如果利用圖形結構化的電極進行極化，裝置的EO特性不會有很大的變化。主要是根據(jù)制造的方便來選擇極化整個薄層還是僅極化電極下的區(qū)域。Baken等09/1989申請的題為“電光感應光波導，和包括這種波導的活性裝置”的第4,867,516號美國專利，和Ticknor等04/1992申請的題為“電光溝道切換器”的第5,103,492號美國專利中的切換波導說明了聚合物EO裝置的一些例子，其中極化是在裝置激活區(qū)外部進行空間圖形化的。這些裝置中沒有一個具有穿越多個圖形化的極化結構的邊界的電極。極化方法也不會改變聚合物中的折射橢圓率。這一事實具有一些有利的結果，例如像J.I.Thackara，G.F.Lipscomb，M.A.Stiller，A.J.Ticknor和R.Lytel發(fā)表的“在薄膜有機介質中形成極化電光波導(＂Poledelectro-opticwaveguideformationinthin-filmorganicmedia＂Appl.Phys.Lett.，52，1031(1988)[TLS88])”一文中，和Thackara等人04/1991和04/1991申請的題為“電光溝道波導”的第5,006,285和5,0070696號美國專利中描述的，這使得可以通過極化可極化的聚合物條來制造波導。但它存在著極化的聚合物邊界在它們的非激發(fā)狀態(tài)的損耗問題(它們散射，衍射和折射)。光束跨越極化的聚合物邊界的裝置存在著盡管可以獲得透明度，但必須用電激發(fā)極化的聚合物以產生一個均勻折射率的問題。由于極化不改變極化結晶體裝置的折射率，因此它們沒有這種問題。Diemeer在05/1991申請的題為“電光元件及其制造方法”的第5,016,959號美國專利中提出了解決在極化的聚合物中橫向空間界限不清的問題，他描述了一種全內反射(TIR)波導切換器，其中整個聚合物薄膜被極化，但是選定區(qū)域的電光系數(shù)被幅照射破壞，產生了具有銳變空間邊界的非極化區(qū)域。盡管在這些非極化的被輻射區(qū)域中的下層分子仍保持對準，它們不再具有任何電光響應。這種方法在聚合物薄膜中產生銳變極化-非極化疇邊界是有用的。它的缺點是它不能產生反向極化疇，因而與等同的晶體極化技術相比，它的效率顯著地降低了。在非線性變頻裝置中，不同極性的疇一般被周期性地極化為一種非線性光學材料，但沒有用電場激發(fā)。極化結構沿波束的軸線周期性地改變，以便能夠進行純能量變換，而不管在兩個波束之間累積的相位差。這種方法被稱為準相位匹配(quasi-phasematching)，并且已經在鈮酸鋰，KTP，和鉭酸鋰之類的鐵電材料(Byer等的第5,036,220號美國專利)中，以及聚合物中得到演示，如Khanarian等09/1989申請的題為“倍頻聚合物波導”的第4,865,406號美國專利中所述的那樣。由于在不存在電場的情況下發(fā)生相位匹配，因此在這些裝置中一般不使用電極。Khanarian等10/1991申請的題為“具有用于輻射相位匹配的雙向極化的聚合物波導”的第5,061,028號美國專利中描述了在聚合物中的一般化的變頻，以及TE-TM調制。Khanarian等在兩個專利中都使用了圖形化的電極極化聚合物薄膜；空間圖形的銳變性所伴隨的損耗成為一個嚴重的問題，像以后申請的專利中所述的那樣，解決這個問題需要更為復雜的電極結構。已知有利用周期結構的裝置，這種裝置使用電場控制光柵，以便控制傳播場。在Baues等02/1977申請的題為“可控電光光柵耦合器”的第4,006,963號美國專利中顯示了一種衍射光柵調制器。這種結構是通過在一個電光基片上周期性地除去材料，形成一個永久光柵而制造的。通過用電光激發(fā)基片，固定折射率光柵具有較大或較小的效應，產生某些調諧。這種結構不包含極化的區(qū)域。Baues結構的缺陷與聚合物薄膜的是一樣的不用很強的電場不能使光柵透明。圖1(現(xiàn)有技術)顯示了用于EO可切換光柵的現(xiàn)有技術。在這種結構中，用制為周期圖形的電極作為限定光柵的元件。如以下將說明的那樣，下層材料沒有圖形化極化結構。把一個輸入波束12耦合到一個包含一個可電控光柵6的電光活性材料2中。當切斷連接于光柵電極的電壓源10時，輸入波束繼續(xù)傳播通過材料，形成一個輸出波束16。當光柵控制電壓源接通時，在材料中產生一個折射率調制光柵，并且把輸入波束的一部分耦合到一個反射輸出波束14中。材料有一個具有單一疇的電光活性極化區(qū)4，整個極化結構的極性相同。第一電極6與第二電極7叉指狀地放置在基片的共同表面18上。當在電極之間施加電壓時，沿波束12路徑的電場的垂直的分量交替地具有相反的符號，產生交替的正和負折射率變化以形成一個光柵。光柵的強度是由兩根導線8連接在兩個電極之間的電壓源控制的。使用均勻基片和圖形化電極的EO和壓電裝置的現(xiàn)有技術的第二個一般問題是激發(fā)的電場的圖形隨著離開電極距離的增大而迅速地消失。在離開電極的距離等于圖形的外形尺寸時，圖形就基本上不存在了。在一個光柵的場合，由于很小的外形尺寸，這個問題變得更為嚴重。由叉指式電極產生的現(xiàn)有技術的光柵僅在很淺的表面層中產生調制效應。EO結構與大于外形尺寸的波導僅有微弱的相互作用。盡管可以在較高階的相互作用裝置中使用較長的光柵周期，但上述的缺乏銳變的邊界還是嚴重地限制了裝置的效率。當前技術的有效相互作用的最小光柵周期大約為10微米。需要有一種盡管有較大的寬高比(即，光束寬度與外形尺寸的比)仍能保持基于微型結構的EO裝置的效率的方法。需要有沿波導的整個寬度延伸并且與大的非制導波束相匹配的可切換圖形化結構。在塊狀材料中，可以用全息曝光和聲激勵形成光柵。全息曝光十分困難，并且像SBN這樣的存儲材料還未發(fā)展到商業(yè)應用的階段。聲激勵的執(zhí)行和驅動成本很高，而且需要額外的組件，例如軟支架和阻尼匹配的阻尼結構。形成表面光柵的其它方法包括淀積技術，材料去除技術，和材料改進技術(例如向內擴散，向外擴散，和離子交換)。需要的是能夠有一種足夠大的寬高比以產生塊狀相互作用結構的方法，最好是具有在可進入表面上的特征控制。盡管EO材料原則上可以是任何電光活性材料，液晶材料是一種特殊情況，并且具有有限的可用性。O′Callaghan等01/1999申請的題為“衍射光調制器”的第5,182,665號美國專利中描述了一種基于從一個對準的液晶疇的可調節(jié)圖形衍射的光調制器。Handschy等03/1989申請的題為“使用鐵電液晶的電光切換裝置”的第4,813,771號美國專利中描述了一種基于利用液晶疇形成調制的全內反射的光調制器。在所有這些裝置中，疇必須物理地顯現(xiàn)或消失，以產生希望的效應。液晶裝置中的分子方向響應施加的電場而改變，產生一種與光相互作用的圖形化結構。但是液晶有一些重大的缺陷。它們當然是液態(tài)的和并難于封裝的，它們具有受限的溫度范圍，并且其制造方法比固態(tài)裝置更為復雜。因為激發(fā)場圖形隨距離加大而減弱，因此不能制造大寬高比的結構。電場一撤除分子的定向作用就松弛下來，并且重新建立圖形要用很長的時間，因此不能進行快速切換。在現(xiàn)有技術中的把光從波導管切換到波導管的結構具有高的介入損耗或大的溝道間隔，這是得它們不適于用作大的路由結構。一個大的切換結構必須具有介入損耗足夠低的切換元件，以便光能夠通過該結構傳播。例如，如果一個波導有100個切換器，這些切換器的介入損耗必須小于大約.03dB。在現(xiàn)有技術中這是不可能的。R.A.Becker和W.S.C.Chang在“用于計算機通信總線的薄膜波導中的電光切換(＂Electro-opticalswitchinginthinfilmwaveguidesforacomputercommunicationbus＂，Appl.Opt.18，3296(1979))”一文說明了一種經過叉指式電光光柵切換器耦合的多模交叉波導陣列結構。這個切換器有一個固有的高介入損耗(0.4dB)和低的切換效率(≈10％)。J.H.Hong在8/1991申請的題為“光交叉點切換器模塊”的第5,040，864號美國專利中披露了一種平面波導結構，其原則上可以有低的介入損耗，但為了有效的切換需要很大的交叉連接，因此不能夠產生一種高密度的切換陣列?？傊?，現(xiàn)有技術在以下幾個方面存在著不足1)為了與體波或小的圖形有效的相互作用需要可控圖形的大的寬高比；2)為了提高在高階相互作用中的效率需要銳變疇過渡；3)為了適當?shù)臒o動力操作需要在零作用場的疇透明度；和4)需要切換器陣列的低介入損耗。迄今為止還沒有充分地利用包含在上述的和其它結構中的極化結構來實現(xiàn)實際可用的裝置。根據(jù)本發(fā)明，一種光能轉移和能量導向的方法使用電場以利用固體材料中的一種類型的極化結構來控制能量的傳播?？梢孕纬杀∧せ驂K狀構造光柵的極化結構可以與波導結構組合。把電場施加于該極化結構以控制光能的路由。涉及的技術包括選頻可切換的-和可調節(jié)的-可調諧反射，分束，定向耦合，可調頻切換和有效波束合并，以及偏振波束合并?？烧{節(jié)的可調諧性是通過一種極化結構獲得的，這種極化結構在一個可變電場存在的條件下產生可變折射率的沿一軸線的空間梯度。在一個實施例中，本發(fā)明是一種切換一個由具有特定周期的交替疇結構的極化材料構成的光柵的方法。當把一個電場橫跨施加于該周期結構時，通過電光效應形成一個Bragg光柵，反射具有在一個中心波長左右的特定帶寬的光輻射?？梢詥为毷褂迷摴鈻牛蚴桥c其它光柵組合使用，以在鐵電晶體中形成集成結構。特別的興趣是一種利用一種集成結構的方法，在該集成結構中一個或多個光波導與一個或多個周期性結構相互作用，以形成一個波長選擇集成光調制器，切換器，或反饋元件。通過結合附圖參考以下詳細的說明將對本發(fā)明有更清楚的理解。圖1是一個根據(jù)現(xiàn)有技術的帶有叉指式電極的調制器；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于與體光束相互作用的可切換光柵的一種一般化的實施例；圖3是一個利用可切換光柵的一種波導反向反射器的實施例；圖4是一個用于具有三個設置在晶體的相同表面上的電極的反向反射裝置的電極構造的實施例；圖5是一個用于同樣裝置的電極構造的實施例，其中在晶體的相同表面上設置著兩個電極；圖6是一個用于同樣裝置的電極構造的實施例，其中具有錐形間隔的三個電極設置在晶體的相同表面上；圖7是一個極化的交叉波導耦合器的T-形實施例；圖8是一個極化的交叉波導耦合器的X-形實施例；圖9是一個極化的波導輸出耦合器的實施例，輸出到波導平面之外；圖10是一個平行波導極化定向耦合器的實施例；圖11是顯示了替代的輸入和輸出波型分布的X交叉波導耦合器的頂視圖；圖12是一個具有用錐形電極間隙激勵的錐形耦合區(qū)幾何形狀的X交叉波導耦合器的實施例；圖13是一個具有一般化的耦合區(qū)幾何形狀和電極圖形的X交叉波導耦合器的實施例；圖14是一個可調諧頻率極化電光反向反射器的塊型光學實施例；圖15是一個可調諧頻率極化電光反向反射器的波導實施例；圖16是具有電光鍍層和極化光柵和鍍層的單獨激勵的可調諧頻率電光反向反射器的塊型光學實施例；圖17是一個倍頻極化的電光反向反射器的波導實施例；圖18是一個相移極化光柵的說明圖；圖19是一個多周期光柵反射器的實施例；圖20是一個具有多周期性和不同自由頻譜范圍的兩種裝置的頻率響應曲線的說明圖；圖21是一個雙光柵可調諧反射器的實施例；圖22是一個由具有可調節(jié)光路長度的雙光柵構成的集成校準器的示意說明圖；圖23是一個帶有移相器的雙光柵可切換Y形接頭的實施例；圖24是一個極化波導模式變換器的實施例；圖25是一個使用波導模式變換器的波導路由器的實施例；圖26是一個可切換的平行波導諧振器的實施例；圖27是一個三臂波導校準器的實施例；圖28是一個環(huán)形波導校準器的實施例；圖29A是一個具有可控極化中間結構的調制器/衰減器的實施例；圖29B是一個可調節(jié)透鏡結構的實施例；圖30是一個具有可切換極化波導短截段的極化的全內反射(TIR)波導切換器的實施例；圖31是一個雙TIR波導切換器的實施例；圖32是一個具有可切換非極化波導短截段的TIR電切換波束導向器的實施例；圖33是一個不帶TIR的二位置極化波導路由器的實施例；圖34是一個具有50％切換器組裝密度的極化的TIR切換器陣列的實施例；圖35是一個具有100％切換器密度的極化的TIR切換器陣列的實施例；圖36是一個用于具有永久調諧反射鏡和不對稱損耗交叉區(qū)的高密度組裝結構的雙波導結構的實施例；圖37是一個具有TIR切換器的可切換波導陣列的實施例；圖38是一個具有光柵切換器的可切換波導陣列的實施例；圖39A是一個帶有系統(tǒng)控制線的m×m通信轉接陣列的實施例；圖39B是一個具有WDM能力的3×3轉接陣列的實施例；圖40是一個帶有像素元件的二維轉接陣列的實施例；圖41是一個帶有耦合于數(shù)據(jù)軌跡的像素元件的一維轉接陣列的實施例；圖42是一個利用可選擇光柵反射器部分和一個檢測器陣列的可切換光譜分析儀的實施例；圖43是一個極化的聲多層干涉儀結構的示意圖；圖44是一個極化的聲換能器的實施例；圖45是一個多頻光波的可調諧相干檢波器的實施例；圖46是一個利用單極化區(qū)的低損耗可切換波導分束器的實施例；圖47是一個利用多極化區(qū)的低損耗可切換波導分束器的實施例；圖48是一個用于1×3波導分束器的關鍵設計要素的示意圖；圖49是一個顯示為可調節(jié)相控陣調制器的活性波導裝置的多層堆棧；圖50是一個現(xiàn)有技術的可調節(jié)波導衰減器的實施例；圖51是一個多極化段可調節(jié)波導衰減器的實施例；圖52是一個帶有利用角度展寬極化光柵展寬的頻帶的結構的實施例；圖53是一個具有利用曲線波導展寬的頻帶的結構的實施例；圖54是一個可電控極化透鏡的實施例。參考圖2，圖2顯示了本發(fā)明的裝置11的一般化的實施例，它是一個圖形化極化的介電裝置。這個裝置基本上是一個可電控的堆棧式介電光能再定向器，或更簡捷地講，是一個可電切換的反射鏡。在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明是一個在鈮酸鋰鐵電晶體20中的塊狀光反射器，電控的切換元件是一個極化的光柵22，它是由36和38兩種類型的交替排列的極化的疇組成的。一個疇——它可以是任何形狀或尺寸的——是一個其中某些材料特性是近似不變的物理區(qū)域。一個極化的疇是一種材料中的一個區(qū)域，其中分子團具有一種方向性，并且這些分子團基本上對準(或部分地對準)，或近似對準一個被稱為極化方向的方向。有許多類型的疇，它們包括在不同方向上對準的原子結構的疇，具有各種像非線性活性或電光系數(shù)之類的改變的參數(shù)的對準的分子或原子結構的疇，具有非優(yōu)先定向的原子結構的疇，由不同電極激活的區(qū)域，就像用局部電極極化的聚合物和熔融二氧化硅情況下發(fā)生的在整個區(qū)域上極化方向系統(tǒng)地改變的極化區(qū)域所限定的疇，隨機定向分子的疇，和擴大范圍的，隨機疇結構在疇內隨機極化的子疇的疇。一個極化結構是各個單獨的疇的集合。圖形化的極化的區(qū)域是材料中的一種區(qū)域，其中區(qū)域內的疇被按照空間圖形極化為不止一種疇類型。根據(jù)極化方法的性質，極化后的圖形與極化工藝過程中使用的施加的圖形之間可能存在著系統(tǒng)偏差。圖形的邊界也可能有些不規(guī)則，并且可能不完全與施加的圖形相同，特別是如果極化加工沒有完全處于控制之下時。由于使用電場來控制裝置，所以把該裝置作為一種圖形化的極化介電質加以說明，因此材料必須是介電的，以便能經受所需的電場而不會損壞。典型的極化過程也是用一個材料必須能夠承受的電場來完成的。一般地講，我們用介電的來表示材料對使用中所需最小電場的承受能力。在操作中，輸入光束40沿一個光軸入射到晶體上并穿過晶體。光軸垂直于光束的相前，并且是由傳播中的光束在波陣面上的亮度分布的平均位置確定的。光軸在均勻材料中是直線，但在包括曲線型波導管，非均勻介質等幾種情況中，以及在反射或衍射結構中可能彎曲。輸入光束40最好在整個晶體長度上有足夠小的光斑尺寸21，使得它不會被晶體穿孔，造成不希望的功率損耗和波型變換。在如圖2所示的塊狀相互作用裝置中，疇36和38必須穿透基片20足夠的距離，使得它們可以至少與輸入光束40的一部分相互交疊。光柵22相對于輸入光束40橫向設置。這表示光柵22的平面34橫向于輸入光束40的軸線。我們說兩根線(或一根線和一個平面，或兩個平面)是相互橫向的意思是它們不平行。由于光柵橫向于光束40，光束至少穿過光柵22的結構的一部分。光束40是從一個光頻源(未示出)產生的，并具有一種波長使得該光束基本上不被晶體吸收，并且使得光折射效應不會使光束顯著的變形。光頻源裝置可以包括一個或更多的能夠提供光柵反射器22接受范圍內波長的足夠的亮度以產生一個有用的切換輸出光束44的光激勵器。輸出光束可以被耦合到同一個基片上的其它元件中，或可以把它耦合到外部裝置中，在這種情況下，光束從中穿出的輸出表面最好是鍍有抗反射涂層?？狗瓷渫繉涌梢允嵌鄬咏殡娡繉?，具有十分合適的折射率材料的單一四分之一波長涂層，或溶膠-凝膠涂層。激勵器可以是任何光源，包括激光器，發(fā)光二極管，弧光燈，放電燈，或甚至白熾燈，只要能達到適當?shù)念l譜亮度就行。適當?shù)念l譜亮度可以由一個或更多的激勵器直接提供，從一個或更多的頻率變換(倍頻的，混頻的，或參量放大的)激勵器間接提供，或是由上述幾種激勵器組合提供。吸收效應把波長限制在大約400至4000nm的范圍。光折射現(xiàn)象的效果隨構造，波長，摻雜物，和極化結構的改變而改變，這里我們假設它處于控制之下，因而任何光束的變形都處于可接受的限度之內。光柵22是由交替排列的兩種類型的疇的邊界34形成或限定的。第一種類型的疇36具有與第二種類型疇38不同的電光(E-O)系數(shù)，因此施加在電極24和26之間的均勻電場導致了在兩種類型的疇中的折射率的不同的變化。由于折射率改變波的相速，因此在不同的折射率或相速的區(qū)域中存在著阻抗失配。在材料中區(qū)域36具有相對于其它疇類型38和原始晶片20的極化方向相反的指向，如極化方向箭頭39，41所示，有助于使材料達到這種折射率變化的目的。我們用相反的指向表示與一些參考方向相反的極化方向。(一種可用電場控制光柵的替代方法是在幅照掩蔽聚合物膜中實現(xiàn)的，在區(qū)域36之內或之外該聚合物膜的E-O系數(shù)被破壞了。)施加于結構22的均勻電場產生了一個調制折射率。折射率調制的圖形添加到預先存在的折射率分布上；最簡單的構造在沒有施加電場時沒有折射率調制，并且線性地響應施加的電場產生折射率光柵。光柵22的一個周期48是兩個疇邊界之間的距離，完全地包括了一個相應于每一種疇類型的一個區(qū)域。一種實現(xiàn)折射率光柵的替代方法是用向極化區(qū)域施加應力場獲得的。材料的光彈性響應在不同的極化區(qū)產生不同的折射率變化。例如可以通過在高溫下在基片的頂面上鋪設一層薄膜，然后冷卻到室溫的方法施加永久的應力場。例如，可以通過蝕刻掉一條薄膜造成應力集中。極化的元件36和38交替地排滿整個光柵22，它們之間沒有間隔。如果可用額外類型的疇，利用由不同類型疇的可變距離間隔的疇可以形成更為復雜的交替排列圖形。對于一些應用，光柵22如圖2中所示是一種均勻周期性的光柵，使得在包含在沿光柵22的長度方向的一個周期中的疇類型在其它的周期中重現(xiàn)。對于另外的應用，這有助于改變周期以獲得例如多個頻譜峰值或更寬的頻譜帶寬這樣的優(yōu)點。我們用光柵一詞表示包括所有可能種類的幾何形狀和周期性的可識別的結構的陣列。周期性折射率光柵可以在光束之間的相互作用中提供虛光子。這表明光柵結構可以為相互作用提供動量，但不是能量。為了進行相互作用，必須保存能量和動量，當需要增加動量以同時滿足這兩種保存關系時，光柵是有用的。光柵的周期性確定了可用于相互作用的動量。光柵的強度決定了虛光子束的“亮度”。光束穿過光柵截面中的周期的數(shù)量確定了可用虛光子動量的帶寬。由于帶寬的限制，相互作用僅在光頻率的一個特定頻譜范圍(或多個頻譜范圍)內進行。因此光柵裝置本身具有頻率選擇性，并且一般在一個標稱波長附近操作。例如，在如圖2所示的以一定角度簡單反射的過程中，輸入光束40的光子具有與輸出光束44和42的光子相同的光頻率，因而觀察到能量保存。但是，輸入光束40和改變了方向的輸出光束44中的光子的動量不同；為了產生反射過程，光柵22必須提供動量的變化，如與圖2相關的矢量圖43中所示的那樣。光柵22為相互作用提供虛(有動量但沒有能量)光子，以便能夠保存動量。與ith波型相關的動量矢量，ki＝2πni/λi，等于2π乘以該波型的有效折射率ni的積除以那個波的波長λi，并且它指向傳播的方向。動量矢量的量值也稱為傳播常數(shù)。在單一周期光柵的情況中，動量矢量k1＝2π/Λ的指向垂直于光柵表面，并且它可以具有任何存在于光柵的傅里葉變換中的波長值Λ。因此與50％負載循環(huán)光柵的傳播常數(shù)k1相關的光間隔(光柵線和間隔的寬度)是Λ/2。也可以通過調節(jié)，例如，光束的反射率，或用熱膨脹法或其它方法改變光柵周期的手段來調諧相互作用的頻率。根據(jù)如何使用一個給定的裝置，一個折射率結構可以有一個可以用于相互作用的波長和矢量方向的頻譜。也可以把多虛光子用于所謂“較高階”光柵相互作用中的相互作用。“較高階”光柵是一種具有一個與被一個整數(shù)所除的動量保存所需的周期有關的周期的光柵。所需的動量虛光子是從“較高階”光柵的諧波獲得的?？梢酝ㄟ^該方法保存的動量的條件一般被稱為Bragg條件，因此本發(fā)明的光柵是Bragg光柵，在光柵上的入射角是用于帶內或諧振頻率分量的Bragg角。對于任何能量束相互作用這種能量和動量的雙重保存都是必須的，無論該能量束是光束，微波束，聲波束，還是任何其它的包括隨時間變化而變化的能量場的波類能量形式。只有光柵的使用可以改變，以產生用于不同能量形式的阻抗調制，使得結構的圖形可以與波類能量形式耦合。在圖2中，折射率光柵起選頻光能路由器或反射器的作用。一個在相互作用帶寬內的(能夠與一個或多個虛光子相互作用的)特性頻率的波束被稱為帶內波束，其它頻率的能量束被稱為帶外波束。光柵22具有一個相當于作為光頻率的函數(shù)的光柵的反射效率的最大值的一半的全部寬度的帶寬。當折射率光柵存在時(光柵“導通”)，具有在光柵的帶寬之內的光頻率的光束以圍繞光柵結構的法線47的角46從光柵反射。帶外光束沿著與輸入光束相同的光軸，并且以輸入光束相同的方向通過晶體透射，形成部分透射輸出光束42。一個施加于包括光柵的區(qū)域中的電場控制折射率調制的強度(也可以將其想象為虛光子的強度)，調節(jié)透射的輸出光束42和反射的輸出光束44中的功率的比率。對于一個弱反向反射光柵(它沒有全部耗盡輸入光束)，全寬一半最大帶寬Δλ由下式給出&Delta;&lambda;=&lambda;22.24nL----(1)]]>其中λ＝輸入光束的真空波長。n＝光束的折射率，和L＝光柵的長度。對于高反射光柵，有效長度小于光柵的總長度，因而加大了帶寬。在施加電場之前兩種類型的疇可以顯示出折射率差。在這種情況下，一個永久折射率光柵伴隨極化可切換折射率光柵同時存在。當施加電場時，根據(jù)極性，折射率的凈調制(光柵強度)可能增加或減少。在一個施加電場的特定值則產生“光柵切斷(gratingoff)”的情況(折射率光柵值接近零)。接著可以通過施加任何其它場強“導通”光柵。如果反轉施加電場的極性，例如，將產生一個兩倍于原始永久光柵強度的折射率光柵。本發(fā)明的極化光柵結構比現(xiàn)有技術有兩個主要的優(yōu)點。首先，極化疇結構可以具有很清晰的邊界，為虛光子動量提供了一個強傅里葉系數(shù)，其數(shù)倍于對應基本光柵周期的動量。這在由于要求的小的外形尺寸而不能進行光刻的場合是十分有用的。其次，即使是在與光柵周期相比光波形尺寸較大的情況下也能產生強折射率調制光柵。這在用圖形化電極激勵的均勻極化基片中是不可能的，因為隨著離開電極陣列平面距離的增加電場調制成指數(shù)地減弱，當距離等于光柵周期時失去了絕大部分的調制。極化方法可以產生具有非常大的高寬比的極化外形，或極大的疇深度與寬度的比率。利用電場極化技術，已經取得了超過250∶1的高寬比。由于我們使用基本上均勻的電極，我們取得了良好的靜電穿透性；由于具有深的疇壁，可以對整個光束進行良好的調制。光柵也可以是一種二維折射率變化陣列，在這種情況下光柵具有兩個方向上的周期性。因此光柵提供的虛光子可以提供兩個方向的動量。這可以用在，例如，從一個單一的光柵輸出幾個光束。在本優(yōu)選實施例中，鐵電晶體是一種市售的Z-切割鈮酸鋰單晶片。根據(jù)極化方法和希望的極化疇方向，也可以使用包括X-，Y-和角度-切割在內的其它切割方式。制造步驟包括初始極化和電極制造。在處理之前先清潔晶體(例如用氧等離子灰化)，以除去來自拋光和搬運過程的所有碳氫化合物和其它污染物。為了控制極化，使用了掩模和處理電極，以建立一個晶片的表面的和穿過晶片的施加電場的圖形，如1994年5月9日申請的第08/239,799號美國專利申請中所述的那樣。在施加極化電場的過程中，調節(jié)極化圖形以在區(qū)域36中產生極化疇反轉。簡單地講，在晶片20的+Z表面23上沉積一層幾微米厚的二氧化硅。把希望疇反轉的區(qū)域36上的二氧化硅膜減薄或除去，利用一種液體電極或沉積的金屬膜，以便在圖形化的二氧化硅上產生一個良好的等位面，然后施加一個超過大約24kV/mm的電場，并使+Z表面23的電位高于-Z表面25的電位。使用這種技術，已經使鈮酸鋰的鐵電晶體極化，產生了具有相反極性(疇反轉)的兩種類型的疇的圖形。兩種類型疇的電光系數(shù)的量值是相同的，盡管它們具有相反的極性。除了本優(yōu)選技術之外，利用向內擴散法，離子交換法，和交替電場極化技術也在鐵電材料中獲得了疇反轉。已經做到利用鈦通過熱增強向內擴散技術在鈮酸鋰中形成疇。反轉區(qū)的三角形限制了小尺寸疇的相互作用效率，但是可以主要用在長周期的波導裝置中。在含有銣和鋇離子的鹽浴中顯示了通過離子交換在KTP中的圖形極化，其中晶體中的鉀離子被銣離子替換。利用交替磁場技術的磁場極化是優(yōu)選的方法，其也在鈮酸鋰和鉭酸鋰中都顯示了成功的經驗。包括KTP和鈦酸鋇在內的所有的固體鐵電材料都可以用電場疇反轉技術極化。(所謂固體表示可以在一定的時間階段中保持其結構，例如冷卻的流體，玻璃，交聯(lián)聚合物等。)用不同的技術產生具有不同特性的光柵。電場極化使晶體中的疇對齊，而不會對折射率造成本質的改變，但離子交換和擴散技術的確在極化區(qū)中造成了折射率的變化。當使用后面這些技術時永久折射率光柵伴隨可切換極化光柵同時存在。一般地講，有兩種不同類型的疇，至少第一種類型的疇被極化。盡管只需要兩種類型的疇，但利用額外類型的疇可以制造更為復雜的可切換光柵結構?？梢园训诙N疇類型反向極化，不極化，或以其它角度極化，并且通過其擁有的特殊電活性系數(shù)(例如，電光或壓光系數(shù))把它區(qū)別出來。例如，在一些應用中，可以用較低的成本從未極化的鈮酸鋰晶片制造裝置，在這種情況中基片晶片包括多個隨機定向的疇。極化的疇會有均勻的方向性，而其它疇中的方向性則是隨機的。根據(jù)裝置的類型，隨機圖形的細節(jié)將會影響裝置的性能。作為另一個例子，第二類型疇可以垂直第一類型定向或以另外的角度定向，電響應中的差別仍能產生有用的電控結構。也可以在一種事先未經極化的并且在分子級別上隨機定向的材料中，例如在熔融的二氧化硅或聚合物中，形成極化疇。極化過程使材料結構定向以形成第一疇類型，而第二疇類型是由材料中的未極化的或隨機定向的區(qū)域構成的。在一個替代技術中，可以通過有選擇地改變或破壞相當于第二疇類型的區(qū)域中的電活性系數(shù)來形成極化結構。不需要改變這些區(qū)域中的原子結構的定位方向如果在第二疇區(qū)域中改變電活性，疇就不相同了。例如在非線性聚合物中，可以用輻照使電光系數(shù)失效，而在輻照屏蔽區(qū)產生電活性區(qū)域。在鈮酸鋰中也顯示了相同的效果，其中質子交換破壞了非線性系數(shù)。也可以在許多其它材料中——包括KTP和鉭酸鋰這類的大多數(shù)非線性材料——用光輻照，電子轟擊，和/或離子轟擊技術達到改變電光系數(shù)的目的。鈮酸鋰中，沿晶體的z軸施加的電場E3引起非尋常折射率δne的改變，δne用下式給出&delta;ne=r33E3ne32----(2)]]>其中r33是適當?shù)碾姽夥蔷€性光系數(shù)。由于r33是鈮酸鋰中最大的非線性常數(shù)，在實際裝置中最好利用非尋常折射率的變化。(由于施加電場E3而在尋常折射率中產生變化的非線性常數(shù)r13是一個比r33小的系數(shù)3.6。)為了利用在非尋常折射率中的變化，光波必須沿材料的z軸偏振。在一個Z-切割晶體中，這個偏振被稱為TM。(在TE偏振中，電向量位于晶體表面的平面上。另外僅有的重要非線性系數(shù)是r15，其在施加電場E1或E2時耦合TE和TM波。)由于在極化結構中引起的折射率變化相當小(沿鈮酸鋰基片的z軸施加的10V/μm的電場，折射率的變化δne僅為1.6×10-3)，圖2中的光柵反射器有很強的角度依賴性。弱折射率改變的Brewster角度是45°，因此當光柵的平面與光束相前的夾角為45°時，光柵將完全透射任何TE偏振波。因此，可以把裝置用作偏振器。反射的光束將總是在45°入射角被偏振。如果TM波的反射系數(shù)高時，(可以安排足夠的光柵周期和高的施加電場提高反射系數(shù))，偏振器的消光比在前進方向上也可以非常高。當然，在垂直入射時，兩次偏振之間的反射由于這種效應而沒有區(qū)別(盡管由于其它效應是存在區(qū)別的，例如，如上所述的不同的電光系數(shù))。操作在掠入射的全內反射裝置遠離Brewster角，并且由于這種效應在反射上僅有很小的差別。晶片材料可以是任何可極化固體介電材料的，包括鐵電材料，聚合物薄膜材料，以及一些非晶材料，例如像熔融二氧化硅之類的也可以被極化而產生許多根據(jù)本發(fā)明的有用的裝置。極化的材料也可以是淀積在一種第二材料的基片上的薄膜。已經把許多中可極化薄膜成功地淀積在基片上，例如熔融二氧化硅，鈮酸鋰，鈮酸鉀，鈦酸鋇，氧化鋅，II-VI材料，以及各種不同的聚合物等。使用過許多種基片，包括MgO，硅，砷化鎵，鈮酸鋰，以及包括石英和熔融二氧化硅在內的各種玻璃。對于可電切換的疇而言，它們必須由電光材料組成，這種材料有由施加電場引起的折射率變化。在極化步驟之后，最好除去液態(tài)電極和二氧化硅掩蔽薄膜。再參考圖2，第一電極24和第二電極26面對介電材料，以便提供一種器件，用以產生控制光柵的電場。(面對一個材料意指其位置靠近材料但不必接觸到，幾乎對齊材料的表面但不必有一個固定的間隙尺寸，并且包括放置在材料頂部的各種尺寸的額外材料的情況。)由導電材料組成的電極24和26最好利用標準的淀積技術以空間間隔的方式敷設在晶體的相反表面。即使表面作為較大的幾何體的一部分可能是彎曲的和/或不平行的，也稱這些電極是在相反的平面上。這些電極可以是由能夠提供足夠的電荷傳遞的任何材料形成，以便達到適當?shù)膱鰪?，因而能在與施加時間一致的時間中激發(fā)極化的光柵。例如，電極可以是由鋁，金，鈦，鉻等金屬材料，導電漆，環(huán)氧樹脂，半導體材料，或銦和錫氧化物之類的透光材料，以及鹽溶液之類的液體導體選擇組成的。它們也可以面對表面23和25，并帶有由空氣，透光緩沖層，和/或其它材料填充的間隙。僅需要一個電極，因為可以在這個電極和任何電位參比物——例如一個外部接地平面，一個第二電極，或多個電極——之間建立一個電位電壓差。由于向電極施加的電壓建立了一個由電極決定的電場圖形，所以電極是電場建立器件。當然也需要電壓和電流源。電極的設置方式使得控制電場是通過本發(fā)明的有效體積施加的，其可由一個圖形極化區(qū)域或一個光柵構成的。在金屬電極的場合，最好結合一個淀積在電極下方的涂層，以降低光損耗，光損耗是在引導波型的一部分延伸到金屬電極時發(fā)生的。在多個電極安裝在同一表面的場合，涂層應當足夠薄，以維持高電場，但要足夠的厚，以降低光損耗。也可以在電極上方使用另一個涂層，以減少擊穿的可能性。一個電壓控制源32(或一個電位源)提供電位，以經過連接線30驅動電極激活光柵。被激活的電極根據(jù)施加電壓的極性被彼此相對極化。電壓源的電壓產生一個通過極化區(qū)域的足夠大的電場，以將相當大量的光切換到被切換輸出的光束44。電壓源的電壓是可變化的，以便提供一個裝置來控制兩個輸出光束中的功率比。實際上，如果電場足夠高，可以用一個長的光柵反射所有輸入光束，形成了一個電激活的反射鏡。對于較低的電場來說，光柵形成了一個部分反射器。電壓控制源可以是一個電池，一個電變壓器，一個氣體驅動的發(fā)電機，或任何其它類型的電流和電位的可控制源?？刂蒲b置32也可以含有一個產生時變電壓的控制器，并且提供電流以便以應用所需的頻率改變電極24和26上的電壓?？刂蒲b置32也可以有可以控制多個裝置的多個輸出，并且其可以根據(jù)某些圖形臨時排序。源32可以有由計算機或其它儀器輸入的，用于手工或電子控制其功能的控制輸入。為了避免不必要的重復，應當理解參考圖2表述的各種變化適用于以下表述的實施例，而參考以下附圖表述的各種變化也適用于圖2。現(xiàn)在參考圖3，其顯示了本發(fā)明的波導實施例。特定地講，本實施例是一個電控，選頻波導反向反射器。本裝置中的所有光束由一個光波導64限定在二維中，其穿過形成裝置61的基片60的可極化介電材料的一個表面。一個波導是盡管存在衍射效應仍可以允許波通過其長度傳播，并且可彎曲的任何結構。一個光波導是由具有一個相對于周圍介質增大的折射率的延伸區(qū)域限定的。波的引導或限制的強度取決于波長，折射率差異，和引導寬度。較強的限制通常導致較窄的波型。波導可以支持多個光波型或僅支持單一波型，這取決于限制的強度。通常，一種光波型是由其電磁場二維幾何形狀，其偏振狀態(tài)，和其波長區(qū)分的。在一個雙折射材料中的波導或不對稱波導的偏振狀態(tài)是典型的線性偏振。但是，通常的偏振狀態(tài)可以包含不平行偏振分量，以及橢圓和非偏振分量，特別是在波具有大的帶寬時。如果折射率差足夠小(例如，Δn＝0.003)并且波導管足夠窄(例如，W＝4μm)，那么波導將僅限制某一波長范圍中的單一橫向波型(最低階波型)。如果波導設置在一個基片的表面，使得波導的上下存在折射率的不對稱，在折射率差或波導寬度中存在一個截止值，在其之下沒有波型的限制。一個波導可以設置在基片中(例如，用向內擴散)，在基片之上(例如，通過蝕刻掉周圍的區(qū)域，或通過施加一個涂層并蝕刻掉除了限定波導的條帶的所有部分)，在基片內(例如，通過把幾個處理過的基片結合或粘合在一起)。在所有場合中，我們所說的波導穿過基片。在波導中傳播的光波型有一個橫向的尺寸，其與所有的限制參數(shù)有關，不僅僅是波導寬度。基片最好是鈮酸鋰單晶，形成有兩個相反的，由晶片厚度隔開的表面63和65的芯片。兩個相反表面不需要是平行的，或是平坦的。波導最好是由現(xiàn)有的技術制造的，例如在表面63進行退火質子交換(APE)。作為替代，可以用離子，而不是質子，向內離散到或離子交換到基片材料中。APT波導加大晶體非尋常折射率，形成了用于沿z-軸偏振光的波導。對于Z-切割晶體，這相當于TM偏振波型。由替代技術形成的波導，例如將鈦向內擴散到鈮酸鋰中，可以支持TM和TE偏振。最好把波導設計為僅支持一個單一最低階橫向波型，以消除與較高階波型有關的復雜性。較高階橫向波型有不同于最低階波型的傳播常數(shù)，和較高的散射損耗，這在某些應用中可能造成問題。但是，多波模波導對于某些應用可能是較好的，例如對于高功率傳播。一種替代的構造是借助施加壓力，而不是直接施加電場來激勵光柵。施加壓力的效果是間接地相同的憑借壓電效應，施加的應力產生一個電場，電場接著又改變疇的折射率。但是，例如如果以機械方式壓縮結構，則不需要施加保持能量來維持應力。這種替代方法像這里所述的其它方法一樣，也適用于以下所述的其它類似的本發(fā)明的實現(xiàn)方法。一旦確定了波導的尺寸，則可以產生用于波導的光掩模，并用許多已知的光刻加工技術中的一種把圖形轉移到基片上的掩模材料。掩模材料可以是SiO2，鉭或其它金屬，或其它耐酸材料。為了制造一個APE波導，把掩蔽的基片材料浸在融化的苯甲酸中，以從酸中交換晶體中鋰離子所用的質子。然后可以把所得的階越折射率波導在300℃左右退火數(shù)小時，以使質子更深地擴散到晶體中，并產生一種具有高電活性系數(shù)的低損耗波導。除了向內擴散和離子交換二維波導以外，也可以形成平面和二維脊形或有條紋的波導?？梢酝ㄟ^在低折射率的基片上淀積電活性材料來形成平面波導。用于波導制造的淀積技術是已知的，其包括液相外延(LPE)分子束外延(MBE)，火焰水解，旋轉，和濺射。脊形波導可以從這些平面波導加工而成，使用加工方法有，例如，舉升(lift-off)，濕蝕刻，或例如反應離子蝕刻(RIE)這樣的干蝕刻。平面波導也可以在本發(fā)明中使用，特別用在利用可變衍射離開光柵的裝置中。在本實施例中的光柵62垂直于光波導64設置，而光波導穿過基片。光柵是由一個類型疇66和一個第二類型疇68構成的，其不必延伸過基片。例如，當使用向內擴散或離子交換極化活性材料時，反轉疇66一般延伸到材料中的一個有限的深度。當利用離子轟擊或UV輻照破壞材料的活性(或降低電光活性)來達成極化時，也可以形成部分疇。輸入的光束80入射到波導上，并且被耦合到波導中。耦合是指功率從一個區(qū)域跨過某種一般化的邊界——例如跨過一個界面——到另一個區(qū)域的傳遞過程，或是在兩個平行或有角度的波導之間，或是在一個平面波導和一個條紋波導之間，或是在單模和多模波導之間，等等。當光柵導通時，輸入光束的一部分耦合回到一個向后反射的輸出光束82中。光柵的向后反射無需完全，即光柵可在相反方向幾度角的范圍內反射，而波導捕獲大多數(shù)光并形成一個完全向后反射的光束。向后反射的不完全性造成向后反射的光束進入波導64時的耦合損失。當光柵切斷時(當控制電場被調節(jié)到“切斷”位置，其中折射率光柵有幾乎為零的最小值，典型地是在零電場)，輸入光束繼續(xù)在相同的方向上傳播通過波導，以形成一個透射的輸出光束84。在塊型裝置中，光柵的強度可隨電壓源76變化，以控制兩個輸出光束中的功率比。第一電極70和第二電極72面對介電材料60的相反表面。基片是介電的，因為它可以承受施加的電場而不損壞，但只要電流不對裝置的性能造成不良影響，它不必是一種理想絕緣體。電極可以是由任何導電材料形成的。必須有一種裝置來利用第一電極結構建立一個穿過介電材料的電場。電極連接了形成光柵的第一種類型的極化結構的至少兩個元件。這表明電極產生的電場穿透到至少兩個元件。因此，這些元件可以由電場激活。兩根導線74把電壓控制源76連接于兩個電極，以在由波導64和極化結構62的交界處形成的區(qū)域中提供電場。導線可以是任何材料形成的，而且可以有任何形狀，其在操作頻率有足夠的導電性，以便可以把電極充電至應用所需的程度。導線可以是圓形，扁平的，同軸電纜，或集成的導引圖形導體，而且它們可以是電阻，電容，半導體，或是漏電介電體。或者，電極可以安排成任何方式，只要是允許電場被橫跨施加到電活性材料上。例如，電極可以交替地設置在基片上的不同層中，而活性材料設在電極之間。這種構造可以用低電壓產生高電場，并且對可淀積在電極材料上的非晶態(tài)活性材料，例如二氧化硅和一些聚合物，特別有用。極化結構62最好比波導深，使波導64與極化結構62之間的交界處具有波導中的波型的橫向尺寸和光柵的縱向尺寸。圖4，5和6顯示了替代電極構造，其中電極裝設在介電材料189的共同平面上。因為共面電極構造允許低電壓時有高電場，所以這些構造對于本發(fā)明的使用波導180引導光束的實施例特別有用。由于電極靠近穿過光柵的波導截面，這些電極結構對于光柵182的低電壓控制有特殊的意義。在圖4所示的電極構造186中，第一電極170和第二電極172在同一表面上面對介電材料。即使平面可能是較大的幾何形狀的彎曲部分，這些電極也是稱為在同一平面上。第一電極設置在包含幾個光柵元件的波導部分的上方，每個光柵元件是由一個第一類型疇184和一個第二類型磁疇185的交替區(qū)域組成的。第二電極設置在第一電極的周圍。電極之間沿波導的距離在沿波導軸方向大約不變，以使沿波導軸有所需的均勻電場。也可以改變電極間距以形成逐漸削弱的錐形場強，如圖6的裝置188中所示。連接在如圖4所示那樣放置的兩個電極之間的電壓源174可以在電極之間產生電場。電場矢量176的最大分量在電活性波導的區(qū)域內垂直于材料表面。對于鈮酸鋰這樣的鐵電晶體，這種電場結構激活最大的電光系數(shù)r33，建立用于TM偏振光束的折射率變化。對于在鈮酸鋰中施加的10V/μm的電場和波長1.5μm的光束，第一階光柵的強度是40cm-1。對于每一電極構造而言，需要有一種器件178把電極連接到電壓源上。為形成這種器件，把一個導電材料——例如導線——電氣連接在裝置的電極的電位源的端子之間。在所有電極構造中，每個電極一般有一個區(qū)，或墊片，或是接點以供電線接觸。墊片最好有足夠大的尺寸，以減少電連接上的放置公差，便于結合。然后可以用，例如，超聲波，加熱，或導電環(huán)氧樹脂這樣的導線結合技術把導線連接到墊片上。另一種方法是，可以用一個受彈簧作用的導電體片直接接觸電極，以實現(xiàn)所需的與電壓源的電氣連接。在附圖中，電極一般足夠大，而且本身作為接觸墊片使用。圖5顯示了共面電極結構的另一種實施例，其中第一電極171和第二電極173設置在光波導的任一側。當跨越如此放置的兩個電極施加電位時，電場矢量177的最大分量平行于基片表面。對于Z-切割鐵電晶體，建立用于TM偏振光波的折射率變化和施加電場的電光系數(shù)是r13。對于在鈮酸鋰中的10V/μm的施加電場和1.5μm波長的光束而言，第一階光柵耦合常數(shù)是12cm-1?；蛘?，對于TE波導而言，活性電光系數(shù)可以被切換以用于兩種構造。對電場矢量垂直于芯片表面的場合，適當?shù)南禂?shù)是r13，對于電場矢量平行于芯片表面的場合，使用的電光系數(shù)是r33。同樣的狀況可用于X-或Y-切割晶體，或中間切割晶體。作為圖5的構造的另一個變化，電極是不對稱安排的，使得其中一個電極幾乎覆蓋波導180，另一個電極則設置在側面。在這種構造中，在相鄰電極的邊緣下感應的強垂直電場占優(yōu)勢地穿過電極之一下方的波導區(qū)。在圖6中，電極175和179與中央電極181隔開，形成錐形。當施加跨越這些電極施加電壓時，這種構造產生一個錐形的電場強度，強電場向右而弱電場向左。“錐形”意指任何參數(shù)具有從一個值到另一個值的一般化的空間變化，而沒有特別指出該變化是線性的還是單調的；該參數(shù)可以是間隙，寬度，密度，折射率，厚度，負載循環(huán)，等等。因此在朝向波導180左面的極化疇中引起的折射率變化比朝向右面所引起的折射率變化弱。這也許是有用的，例如，用于獲得很窄帶寬的全反射器，在此需要延伸相互作用區(qū)的長度。在非垂直入射角裝置中，如圖7和圖8所示，該錐形可以用來將一個特定輸入波型最佳地耦合到一個特定輸出波型中。在所有電極構造中，施加的電壓范圍可以從一常數(shù)值到迅速變化的信號或脈沖信號，并且可以在兩個電極之間施加任意極性。適當選擇電壓值以在給定的應用中避免突然損壞電活性材料和周圍的材料。當施加一個穩(wěn)定電場通過鈮酸鋰這類材料時，在電極上積累的電荷可能造成隨時間增長的電場強度的直流漂移。不時地改變電壓源的極性可以消除這種變化，因而使電場強度又回到它的全值。如果平均時間之間的電場接近于零，凈電荷漂移也將趨近于零。對于漂移敏感的應用而言，必須小心地降低材料的光折射敏感度，例如通過向內擴散MgO，并且最好在沒有直流場的情況下操作。表面層有助于防止電場擊穿和與電極的光接觸損耗。由于光束在表面上或表面附近傳播，因此對于波導裝置而言損耗是尤其重要的。這點也適用于活性材料的極化，以及電光切換。在兩個共面電極之間的電場的最大矢量分量平行于材料表面。通過在波導區(qū)和電極之間淀積一個具有高介電強度的透光材料層可以大大地減少擊穿問題和光損耗問題。二氧化硅是這種材料的一個好例子。由于兩個電極之間表面上方及本身的空氣中也可能發(fā)生擊穿，在電極的頂部也可以淀積一層類似的高介電強度材料。圖7和圖8顯示了電控選頻波導耦合器的兩個實施例。在圖7中，一對二維波導穿過一個介電材料的一面，而且相互相交成一個角度118形成一個T形結構，構成三通裝置。由一個第一類型疇104和一個第二類型疇102組成的光柵100處于兩個波導相交區(qū)(由兩個波導中的光波型共同占據(jù)的體積)與之形成一個夾角。在相交區(qū)的峰值折射率變化最好等于波導中的峰值折射率變化。如果T形結構的制造是在一個步驟中完成的(借助向內擴散，離子交換，蝕刻等)的話，即可完成上述情形。在一種替代方法中是在后續(xù)的步驟中放置兩個波導的，這對制造圖8的交叉波導是最方便的了，但是其在相交區(qū)域中的峰值折射率變化是波導中的折射率變化的兩倍，這是不需要的。通常，光柵的周期性和角度的選擇使得反射過程的相位匹配是由在光柵帶寬內的虛光子動量完成的。為了第一波導中的帶內輸入光束和第二波導108中的輸出光束114之間的最佳耦合，輸入光束的入射角等于衍射離開光柵的角度。此時，兩個波導之間的角平分線垂直于波導平面中的光柵的疇邊界。一個光束112入射到第一波導106上，并且耦合到第一波導106中。第一電極120和第二電極122設置在介電材料的同一表面，使得當一個由導體126連接到兩個電極上的電壓源124接通時，在波導的相交區(qū)域中建立了一個電場。電場憑借由電光效應控制相交區(qū)域中的光柵的強度，把來自第一波導的帶內光束耦合到第二波導中，以形成一個反射的輸出光束114。當切斷光柵時，輸入光束繼續(xù)占優(yōu)地向下傳播到第一波導段，在很小的損耗下形成透射的輸出光束116。或者，在波導中可以使用反向傳播光束，使得輸入光束進入第二波導108，并且通過與光柵的相互作用被切換進入輸出波導106。在單波型系統(tǒng)中，光柵強度最好在空間中以非均勻方式分布，使得進入波導106的最低階高斯波耦合到波導108的最低階高斯波。通過調節(jié)電極的幾何形狀，調節(jié)電極間隙，和調節(jié)光柵的負載循環(huán)可以調制光柵強度。也可以通過許多已知技術中的一種來提高光柵的帶寬，例如線性調頻脈沖，相移，和使用多周期結構。耦合區(qū)的尺寸是受限的，在圖7和圖8的幾何形狀中是受到波導之間它們的波型重疊的相交區(qū)域的尺寸的限制。為了獲得用于一個給定電場強度的高凈相互作用強度，有必要加大波導的尺寸，以產生一個較大的相交區(qū)域。但是大的波導是多波型的，其對于一些應用可能是不合適的。如果使用絕熱膨脹和收縮，可同時獲得大相交區(qū)域和單波型波導的優(yōu)點。輸入波導106開始是一個窄波導，并且當逼近相交區(qū)域時在寬度上絕熱地增大。輸出波導108在相交區(qū)域有大的寬度，以捕獲大部分的反射光，并且它在寬度上絕熱地逐漸地減小到一個窄的波導。輸入和/或輸出波導的絕熱逐漸縮小的觀念可以使用于本文所述的許多相交區(qū)域。參考圖8，兩個波導136和138相交成角158，以造成X相交，形成一個四通裝置。這個裝置是多功能的波導切換器，因為其同時產生兩個切換操作(光束142進入光束146和148，以及光束144進入光束148和146)。由第一類型疇134和第二類型疇132組成的光柵130設置在兩個波導之間的相交區(qū)域中，與兩個波導有一夾角。選擇光柵的角度，使得在波導的平面中兩個波導之間的角的平分線垂直于光柵的邊界。第一輸入光束142入射到第一波導136且耦合到波導136，第二輸入光束144耦合到第二波導138。第一電極150和第二電極152設置在介電材料上，使得當連接在兩個電極之間的電壓源154導通時，在波導的相交區(qū)域建立一個電場。通過電光效應電場控制在相交區(qū)域中的折射率光柵的強度。當光柵導通時，第一輸入光束的帶內分量的一部分從第一波導耦合到第二波導中，以形成一個第一輸出光束146。與此同時，來自第二波導的第二輸入光束的帶內分量的一部分耦合到第一波導中，以形成一個第二輸出光束148。此外，兩個光束的帶外分量，和帶內光束的任何未切換的分量繼續(xù)往下在它們各自的波導中傳播，以形成適當輸出光束的額外部分。因此，對于多光頻分量的兩個光束而言，在兩個輸出光束中的單頻分量可以在兩個輸出光束中切換。波導可僅為一段，此時它被連接到位于基片外部或是與同一基片制成一體的其它光元件上。例如，波導段可連接到泵激光器，光纖，交叉波導，其它可切換光柵，反射鏡器件，和其它元件上。一個交叉波導切換器陣列應包含一個光切換網(wǎng)絡。在圖9中，波導耦合開關的另一個實施例。光柵的疇壁現(xiàn)在是設置為不垂直于晶體158的表面157，使得波導160中的輸入光束159被反射出晶體平面之外，以形成一個反射輸出光束161。如同以前一樣，未反射的光束繼續(xù)經由波導傳播，以形成一個透射的輸出光束162。一個透光第一電極——它可以是由銦錫氧化物構成的——放置在介電材料158的一個表面上，并且在光柵跨越波導的部分的上方。一個第二電極結構164——其可以有對光的吸收性——放置在材料上。如本文中所述，第二電極安排為許多可選擇構造中的任何一種如圖7所示安排在第一電極周圍，如圖2所示安排在材料158相反側，如圖6所示錐形構造。兩個電極由兩根導線156連接到一個電壓源154上，其控制透射光束162和反射光束161之間的帶內光束的功率分配比率?；蛘撸姌O構造可以像圖5所示的那樣，此時兩個電極都是不透明的。再參考圖9，疇壁最好由鐵電晶體的電場極化所形成，而鐵電晶體是與z-軸165成一個角度切割的。由于電場極化疇優(yōu)先向下通過z軸，用這種技術極化一個角度切割的晶體導致邊界平行于z軸，且與平面所夾角度相同。晶體切割角度166最好為45°，使晶體平面中的光的傳播可以反射出垂直于材料表面的基片之外(任何角度均可使用)。圖9所示的疇是平面，但可以構造為更一般的結構。平面光柵將從一個平的輸入相前產生一個平的輸出相前。如果將所示裝置作為一個沒有波導的大型反射器，一個準直輸入光束將產生一個準直輸出光束。這種裝置作為塊型反射器是有用的，例如如果光束是從裝置外側入射的，或如果波導在裝置的一端，并且波導的端部和極化的反射器之間有一段距離。然而，由于在某些場合中應用要求聚焦——例如從光盤讀取數(shù)據(jù)，因此最好可以從一個準直的光束產生一個彎曲的輸出相前。通過圖形化，在圖9所示的基片的上表面上形成一組彎曲的疇，由于疇反轉優(yōu)先沿z軸傳播，所以可以把一組彎曲疇極化到材料的主體中。因此，當被一個電場激發(fā)時，可以形成一組下凹(或上凸)的疇以建立一個圓柱形的透鏡。用同樣的方法可以形成楔形的以及更為復雜與表面相交成一個角度的立體結構。在一種替代的方法中，如果極化技術使疇邊界與z-軸成一個角度傳播時，可以用Z-切割晶體作為基片。例如，將鈦(Ti)向內擴散到鈮酸鋰的Z-切割晶體中產生可用于把光束反射出晶體表面的三角疇。由向內擴散形成的相對于表面的疇的角度一般為大約30°，使得入射的光柵的輸入光束將被以大約與晶體表面成60°的角度反射出表面。然后，可以用一個棱鏡引出輸出光束，或是在從頂表面全內反射后從后表面(其可以拋光成一個角度)輸出。所示的電極結構激發(fā)一個E3分量，以及一個E1或一個E2分量。一個TM偏振輸入波經歷一個折射率變化，這個折射率變化是非尋常和尋常折射率變化達到組合。在圖10中，顯示了一個可切換波導定向耦合器的實施例。一個第一波導204實際上在一定長度上平行于一個第二波導206。由于光束彼此靠近傳播且在相似方向，它們的中心軸被移動了。中心軸永遠不會共軸，使得波導不會相交。但是，波導段在由耦合器長度限定的位置相當靠近，使得兩個波導的光波型的橫向分布或多或少地重合。因此兩個波型的傳播至少是逐漸消失地耦合(意思是折射率尾部重合)。波型場的逐漸消失部分是在波導的高折射率區(qū)域外的指數(shù)地衰減部分。與兩個波導的每個的波型相關的傳播常數(shù)是由傳播方向的方程式k＝2πneff/λ確定的。有效折射率neff是光在真空中的速度與傳播的群速度的比，其根據(jù)波導中的波型而變化。neff的值是由波型分布與被引導的波結構的重疊決定的。兩個波導的寬度最好不同，因此兩個波導中的波型的傳播常數(shù)也不同，使得當光柵切斷時，波型之間的耦合不是相位匹配的。(兩個波導的折射分布折射率也可調節(jié)，以產生不同傳播常數(shù)。)當光柵切斷時，任何在第一波導中的輸入光束210將在波導中繼續(xù)傳播，以形成一個輸出第一波導204的輸出光束214。當光柵導通時，光柵補償兩個波導的傳播常數(shù)的差，使得兩個波型間的耦合成為相位匹配，并把一個帶內輸出光束212輸出第二波導206。為了優(yōu)化耦合，適當選擇光柵周期Λ使得兩個波導中的傳播常數(shù)等于光柵常數(shù)(在容許誤差范圍內)。兩個波導的傳播常數(shù)可選擇相等，使光柵切斷時兩個波導管之間發(fā)生耦合。在這種情況下，導通光柵將降低兩個波導之間的耦合。光柵的強度決定耦合常數(shù)，其界定兩個波導之間的耦合程度。沿兩個波導的交界區(qū)域的長度，功率在波導間以正弦波往返傳播，使得耦合首先從第一波導到第二波導，然后回到第一波導。在特定波導波型中在最大功率的兩個位置之間的距離是大家所熟知的耦合波導的脈動長度(bestlength)。此脈動長度取決于光柵的強度。一個第一電極220和一個第二電極222設置在材料表面，以便當在兩個電極之間施加電場時，建立越過光柵區(qū)202的電場。利用一個導電材料224將一個電壓源226連接于兩個電極。通過施加到光柵的電壓控制光柵的強度，因而也控制了兩個波導之間的脈動長度。兩個波導的傳播常數(shù)非常依賴于波長。由于虛光子的動量基本上或主導上是固定的(即，它是由在應用中不變化的參數(shù)確定的)，功率僅在單一頻率附近被傳播到第二波導，而單一頻率的頻帶寬度是由耦合區(qū)域的長度決定的。根據(jù)光柵強度，帶內輸入光束的可調節(jié)部分作為耦合的輸出光束212輸出第二波導，同時輸入光束的帶外部分作為透射的輸出光束214與帶內光束的剩余的部分一同從第一波導輸出。兩個波型之間的耦合可以幾種方式電光控制，包括波型之間的耦合強度，增加波型的重疊，或改變其中一個波導的有效折射率。上面所說的電光控制耦合是優(yōu)選的方法。為了使兩個波導中的波型之間有效地耦合，輸入光束向前散射，這需要最小光柵周期。或者，如上文結合圖2所述，耦合光柵可為永久和可切換光柵的組合。在此我們詳述如何完成此目的。在形成所需的周期疇后，可以化學蝕刻基片，以形成凹凸光柵，其周期與被極化結構完全相同。對于優(yōu)選的鈮酸鋰材料而言，蝕刻可以在沒有進一步掩蔽的步驟下完成，因為不同類型的疇蝕刻的速度不同。例如，氫氟酸(HF)對鈮酸鋰的-z疇的蝕刻顯著(＞100x)快于+z疇。因此，把z-切割晶體浸在50％的HF溶液中，由第一類型的疇構成的區(qū)域被蝕刻，而由第二類型疇構成的區(qū)域基本上保持未被蝕刻。這一步驟產生永久耦合光柵，其本身可用來在兩個波導之間產生耦合。在施加電極后，可以激勵極化光柵以產生迭加在蝕刻的基片的光柵上的折射光柵的附加折射率?？梢钥刂莆g刻的深度，使得永久蝕刻光柵引起的有效折射率改變可以被在電極以一種極性激發(fā)時電光引起的光柵部分地或全部地抵償，同時折射率光柵在另一種偏振上倍增。因此產生一種推挽光柵，借此光柵可以在一種非激活狀態(tài)和一種強激活狀態(tài)之間切換。當蝕刻區(qū)被一種具有高電光系數(shù)和接近基片的折射率的電光材料——例如聚合物或透光液晶——充滿時，蝕刻的光柵也是有用的。被充填的蝕刻區(qū)最好向下延伸到光束。當施加一個電壓通過充填蝕刻區(qū)時，充填材料的折射率也是在波導的其余部分的折射率附近變化。或者，可以電光修改兩個波導中的波型重疊。例如，兩個波導之間的區(qū)域的折射率可以提高。這降減小了對波導的限制，并擴展了各個波型朝向彼此的空間量，加大了重疊。要實施此方法，可以相對于橫向于波導的基片的極性反向極化兩個波導之間的區(qū)域。如果電極延伸跨越兩個波導以及它們的中間區(qū)域，一個施加的電壓將增加波導之間區(qū)域的折射率，同時減小兩個波導中的折射率。波型限制減小的結果增大了兩種波型之間的重疊和耦合。必須小心不要在波導中引起不須要的反射或波型耦合損耗，其會在極化區(qū)域的邊緣發(fā)生。這些損耗可以降到最小，例如使極化區(qū)或電極的幾何形狀成為錐形，使得波型變化沿波導絕熱地發(fā)生，以將反射降至最小。絕熱變化意思是指與在有限速率下發(fā)生的平衡維持過程相比之下的一個非常緩慢的變化。在這種場合下，其系指與能量重新分配速率相比之下該變化很慢，能量重新分配是由于波導內的衍射而產生的，并且維持波導中的光的波型特征。改變兩個波導之間的耦合的第三種方法是相對一個波導改變另一個的有效折射率。因此，改變了波導的傳播常數(shù)，這又改變了相位匹配條件。此效應可以借助極化其中一個波導使得它的電光系數(shù)的符號與另一個波導的相反而最大化。此時，耦合光柵可以是永久的或是可切換的光柵。一個第一電極覆蓋了兩個波導以及它們之間的區(qū)域，而第二電極可以設置在第一電極的兩側。一個施加于兩個電極之間的電場造成一個波導的傳播常數(shù)增加，并使另一個的傳播常數(shù)降低，因而使得兩個傳播常數(shù)的差達到最大。光柵耦合過程在傳播常數(shù)的差異為一特定值時有最大效率。通過調諧施加的電壓，可以根據(jù)需要調節(jié)相位匹配。此效應可以用來建立一個波長可調諧的濾波器。圖10中顯示的平行波導可以是不平行的，而且波導甚至可以不是直的。例如，如果需要改變波導之間的空間相互作用強度，這個目的可以通過調節(jié)波導之間的空間間隔而完成。當然，這些修改可應用于下面所述的平行波導實施例。參考圖12和13，其顯示了用于控制反射光束分布的交叉波導耦合器的替代實施例。在每個實施例中，光柵覆蓋的區(qū)域并未延伸完全跨越兩個波導的交界區(qū)。要了解這些光柵結構的動機請參閱圖11。視其如何構造，功率耦合結構282可以使它耦合到輸出波導中的波型284的空間分布扭曲。在空間上均勻的且均勻地完全覆蓋兩個以大夾角——例如90°——設置的波導之間的相交區(qū)域280的功率耦合器將產生一個輸出光束分布，例如不對稱分布286。當輸入光束通過功率耦合結構或光柵時，輸入光束中的功率降低。在直角相交的場合，反射光束的近場分布(nearfieldprofile)與輸入光束中的單調降低的功率匹配。不對稱分布286的缺點在于單波型結構，其中僅有部分耦合的功率會留在波導中。大部分功率將從波導處損失。對于單波型裝置而言，其需要有一種結構將功率耦合到輸出波導的最低階波型的高斯式空間構造288中。為達到這個目的，區(qū)域282必須向外延伸到被引導波型的逐漸消失的尾部，并且必須調制——形狀調制或通過空間調節(jié)功率耦合光柵的局部強度——凈相互作用。圖12和13顯示了利用光柵的幾何形狀安排達到此目的的方法。也可以通過在功率耦合區(qū)域282內空間調制光柵的“負載循環(huán)”，通過改變在選擇區(qū)域中的光柵的階數(shù)，以及在電控耦合的場合，通過錐形化施加電場的強度(如圖6所示那樣通過調節(jié)電極的間距，或通過在光柵電極結構的場合調節(jié)電極負載循環(huán))來完成此目的。光柵的負載循環(huán)是指由一個給定疇類型占據(jù)的每個周期分數(shù)；負載循環(huán)可隨位置變化。在圖12中，顯示了一個具有修改了的光柵的裝置300，其中光柵區(qū)域310覆蓋了部分的，但不是全部的兩個正交波導316和318的矩形交界區(qū)。當光柵未激活時，輸入光束302未被偏轉地通過波導316，以作為輸出光束308輸出。交界區(qū)的尺寸與兩個波導的寬度304和305相匹配。功率耦合結構的一個小區(qū)域出現(xiàn)在交界區(qū)中的任何一點上將造成輸入波導中的光束分布的一個給定橫向段局部耦合到一個輸出波導中的光束分布的一個給定橫向段中。被反射的光束分布是從這些相位耦合的分布的傳播總數(shù)構成的。所述的光柵區(qū)域310是三角形的，具有三角頂點311，312和313。光柵區(qū)域形狀可以改為不是三角形的，并且可以調制局部光柵強度。在波導間使單波型耦合特性最佳化的光柵區(qū)域的精確形狀用已經建立的波導傳播技術計算，例如光束傳播法。圖13表述了單波型耦合光柵裝置340的又一個實施例。光柵區(qū)域350是一個雙凸形，其中在拐角351的一點與波導346和348以及光束330和342共用，而相反的拐角352的一點與波導和光束342和332共用。這種結構的優(yōu)點就是在光束中段的功率大部分被反射，光的密度在該處最高，因此較好地耦合了在兩個波導346和348中的最低階波型之間的功率。光柵區(qū)域的最佳形狀也是由光柵耦合常數(shù)決定的。參考圖12和13，一個第一電極320設置在與波導同一基片的表面上，在光柵區(qū)域的上方，第二電極322設置在同一表面的第一電極的周圍。兩個電極之間的距離如圖13中所示是一定的，或是如圖12所示可以沿一個方向逐漸縮小。一個電壓控制源324由兩個導線326連接于兩個電極。因而可以施加一個電場通過光柵區(qū)域以激活電光系數(shù)之一，并改變輸入光束和輸出光束之間的耦合。為了說明的目的，圖12也顯示了一個錐形輸入波導段287和一個錐形輸出段289。一個輸入光束285絕熱地膨脹通過錐形段287以增大交界區(qū)域，并因此增加了從光柵310的總反射。光柵可以將現(xiàn)時膨脹的光束285朝輸出光束308反射。如果需要到話，輸出波導也可以包含一個錐形段289以減小輸出光束的寬度。(或者，如果需要的話，可以保持輸出光束的寬度，以用于稍后的光束切換相互作用。)光柵可以延伸超過兩個波導的交界區(qū)。一個沿著輸入波導延伸的光柵可以使交界區(qū)后面的殘余透射光從波導移去，一般是進入輻射波型。延伸的光柵使切換陣列中光信道之間的串音降低到最小，其中一個單獨波導可以有一個以上的沿其長度傳播的信號信道。本發(fā)明的特別構思是一個用于調諧光柵的裝置。圖14-17中顯示了可以完成這種調諧的幾個實施例。參考圖14，其為一個塊狀光裝置400，其中一個垂直入射反射光柵的強度和中央波長由一個單一電壓源426控制。這個裝置由一個圖形化的極化光柵構成，其被兩個在材料的相反表面上并由導體424連接到電壓源426上的電極電光激活。光柵的強度和中央頻率由施加在裝置的兩個電極之間的單一電壓同時調諧。光柵的平均折射率隨施加的電場變化，引起光柵的中央波長與電場成比例的變化，通過對在各種類型的疇中的加權折射率變化求和，計算出在一個周期性的光柵中的一個單一光柵周期中的平均折射率。加權因數(shù)是每個類型的疇沿輸入光束404的光路的物理長度416和418。調頻的條件是加權的和數(shù)不等于零，使得平均折射率變化成為電場變化的結果。折射率和光束經過的實際距離的乘積被稱為光程。(對于波導器件，用有效折射率代替折射率)。如果跨越兩類疇的平均光程基本相等(在由應用需求確定的誤差范圍內近似相等)，在有兩類疇的光柵中獲得50％負載循環(huán)。平均值取自許多后續(xù)疇，以允許線性調頻脈沖、非周期、或其它更多通用類型的光柵的可能性。通常，疇可具有不同折射率以及不同電-光系數(shù)。用于調諧的一般條件以在不同類型疇中行進的實際距離表示。對于每種疇，由光所行進的光程(乘2π/λ)給出全光相位超前。然而，由所施加的電場、適當?shù)碾?光系數(shù)、和實際距離(乘2π/λ)的乘積給出相位超前中的變化。該波經歷的折射率的平均變化等于材料長度為1(乘λ/2πl(wèi))的區(qū)段內的光波經過的所有疇中相位超前變化的總和。平均折射率變化根據(jù)δλ/λ＝δn/n確定峰值交互作用波長中的變化。光柵強度與結構中的波長同時變化，但這種同時變化可能是不希望的。設計該結構以使完成調諧的工作點針對跨越整個波長調諧范圍的應用保持足夠高的光柵強度?；蛘?，可使用如下面參考圖16和17描述的分離調諧結構。可通過不同方法實現(xiàn)平均折射率中的變化。一種方式是隨機非電-光作用疇414與電-光作用疇412交替設置。電-光作用區(qū)是極化疇，而非電-光作用疇可以被隨機極化或非極化或禁止輻射。因此，電場引起跨越該光柵的折射率的平均值增加Δnavg。在圖14的隨機極化結構中，Δnavg等于作用疇412中的折射率變化與負載循環(huán)的乘積。負載循環(huán)等于長度418除以長度418和416之和。使用該技術在一隨機極化結構中達到的可調諧性是λΔnavg/n，其中λ是光波長、n是材料的固有(有效)折射率。假設在鈮酸鋰中的波長為1.55μm、電場為10V/μm、對于50％負載循環(huán)結構而言，其調諧范圍為1.1nm。當輸入光束404在光柵的帶寬內時，該光柵將光束耦合到向后反射輸出光束402中；否則，輸入光束形成透射輸出光束406。如兩種類型的疇具有相同電-光系數(shù)但極性相反，如疇反向的情況，則與50％負載循環(huán)的光柵的運行狀態(tài)相反。在后一情況下，由于第一類疇的折射率變化由另一類疇的折射率變化抵失，故此不改變平均折射率。50％負載循環(huán)疇的反向光柵不調諧其中心頻率。在疇反向光柵中實現(xiàn)平均有效折射率改變的另一種方法是使用不相等長度416≠418極化疇區(qū)的非50％負載循環(huán)。使用該技術獲得的可調諧性是(2D-1)Δnλ/n，其中D是最大疇型的負載循環(huán)(D＞0.5)。例如，對于75％負載循環(huán)，鈮酸鋰中的波長為1.55μm、電場為10V/μm，則調諧范圍為0.54nm。疇反向光柵也比第二類疇是非電光作用的光柵強。圖15示出使用相同平均折射率效果的波導器件440。這種情況下，波導管442的平均有效折射率在光柵區(qū)450中隨所施加的引起光柵中心波長改變的電場而改變。電壓控制源466用來向最好是設置在材料相同表面的第一電極460和第二電極462之間施加電場。通過包括非電-光作用疇或帶有50％負載循環(huán)的疇反向光柵的各種幾何形狀可實現(xiàn)平均有效折射率。當輸入光束455處在光柵帶寬內時，光柵將光束耦合到向后反射輸出光束444中；否則，輸入光束形成透射輸出光束446。增強波導器件480中光柵的調諧性的一種方法是在波導管上疊加第二電-光材料482以形成覆蓋層，如圖16所示。該覆蓋層應對在波導管中傳播的波透明并應對電場敏感以便可調節(jié)修正其折射率。由該覆蓋層的折射率部分地確定平均有效折射率。第二材料可比基片具有更高的電-光系數(shù)。液晶和聚合物是可作為覆蓋層材料的較好實例。鍍層的折射率最好接近引導區(qū)的折射率以引導大部分光束在覆蓋層中傳播。對于該實施例，由第二電極504在基片上圍繞第一電極502，用于施加跨越極化光柵490的電場。電極最好設置在覆蓋層下面直接在基片上。如果第一電極502直接設置在波導管484上方，如圖16所示，則必須由透光材料制成。電極也可配置在波導管484的任何一側，這種情況下不要求材料透光。第三電極506設置覆蓋層頂部上，在波導管和第一電極上方。對于該實施例，該光柵的中心波長和強度可分別控制。由用兩條導線513、514連到第一和第二電極的第一電壓源510控制光柵強度，由用兩條導線514、515連在第一和第二電極之間的第二電壓源512控制光柵的中心波長。在另一種電極結構中，僅使用兩個電極，兩個電極最好都設置在覆蓋層材料頂部上，以使其感應場透過光柵上的覆蓋層材料，和光柵結構本身。用一個電壓源控制中心波長和光柵強度，而不是獨立控制。用電-光作用覆蓋層實現(xiàn)的調諧性的量取決于哪部分引導光束在覆蓋層中傳播。如果兩個折射率相對接近以致有10％光束在覆蓋層中傳播，引導模式的有效折射率中的平均變化則等于覆蓋層折射率中變化的10％。對于0.1的覆蓋層折射率變化，可調性性大約在7nm的數(shù)量級。圖17示出由可獨立控制的光柵530、532、534組成的單獨可調諧光柵器件520的實施例。該光柵與輸入光束522、正向光束523和反射光束524路徑中的所有光柵串聯(lián)。該結構中每個獨立光柵也是在一小范圍內可連續(xù)調諧。圖17中的每個光柵具有用導線連接到電壓控制網(wǎng)絡552的第一電極542和第二電極544。每次可將一個光柵切換到導通，以便在小通帶中一次僅反射一波長，或可同時將多個光柵切換到道通，以產生中心波長和帶寬可被分開控制的可編程光濾波器?？赏ㄟ^包括每個光柵中多周期可能性的上述改進實施光柵本身。該結構可以為塊狀或作為導管器件實現(xiàn)。在后一種情況下，在基片上制造光波導528以使波導與極化光柵相交。光柵疇536可僅延伸通過波導而不需要延伸穿過材料所有方向。兩個電極最好(對于更高的場強)象波導一樣沉積在基片同一表面上。所有光柵的第二電極可如圖所示連接以使電連接數(shù)量最小。另一方面，獨立的可編址光柵結構可以是一個塊狀器件，在此情況下可省略波導528，以足夠深度適宜地制造極化區(qū)530、532和534以便以傳播的光波型重疊。控制每個光柵的兩個電極適宜地設置在材料相對面的最佳位置，以使電場透射最佳，如圖12的單個光柵實例所示。通過將光柵-電極群隔開到與基片厚度可與相比的范圍，或通過增加交替固定電位電極可使電極間的電場邊緣引起的相鄰光柵之的交叉激發(fā)最小。另一種調諧光柵的方法是改變作用材料的溫度。由于兩種效應產生調諧熱膨脹和熱-光效應。對于不同材料，兩種效應的任何一種可支配熱感應調諧。在鈮酸鋰中，較大的效應是熱膨脹，其最大(a軸)膨脹系數(shù)ΔL/L為+14×10-6℃-1，而普通軸Δn0/n的熱-光系數(shù)是+5.6×10-6℃-1。對于100℃的溫度范圍，這兩種效應的組合給出2.6nm的總波長調諧范圍。為了許多目的，希望產生具有廣義頻率內容的極化光柵。例如需要多交互作用峰值，或簡單地展寬一個交互作用的帶寬。為實現(xiàn)該目的，需要采用某種方式確定對應于所給出的包含所要求頻率的數(shù)學函數(shù)的極化區(qū)邊界的圖形。圖18表明在包含任意相移的單頻率情況下的處理結果。參考圖18，可沿正弦函數(shù)560在一個或多個位置合并光相移564和565以改進其波長結構。由直線561給出該函數(shù)的平均電平。還示出了具有相同相移的對應方波函數(shù)562，如通過一般極化處理可實現(xiàn)的。為實現(xiàn)連續(xù)函數(shù)向方波函數(shù)的轉換，曲線560超出正弦波平均值561的區(qū)570對應于一種類型的疇，而曲線560低于平均值561的區(qū)572對應于第二種類型的疇。在正弦波頻率諧波以下的低頻范圍內方波曲線562的傅里葉變換將與正弦函數(shù)560的變換具有相同的頻率分量。該方法工作于任何類型的廣義頻率分布，只要該帶寬不超過載頻的一小部分。在此可用例如諸如圖2中那樣描述的任何器件實施相移光柵，可通過圖18的圖形562而不是周期函數(shù)確定光柵22中疇壁34的位置?？捎靡胨鑸D形的極化掩?？刂葡嘁茍D形?？捎妙愃萍夹g規(guī)定任意多個周期光柵。出現(xiàn)在光柵中的每個周期是由所需幅度的對應正弦波以傅里葉級數(shù)(或積分)表示的。所有波加在一起形成一合成波。合成波的正值部分對應于一種類型的疇，而其負值部分對應于第二種類型的疇。疊置光柵的數(shù)量在原理上可增大到任何數(shù)量，在實際中則受可達到的最小尺寸限制。圖19示出制造疊置多周期光柵裝置580的另一種方法。其中揭示了二光柵波導結構，該結構中有一可切換的單周期極化光柵582和一個在波導中與一單光束交互作用的永久釋放光柵584。在釋放光柵頂部沉積一層涂層588以降低當引導波波型漸漸消失的尾部與金屬電極重疊時產生的損耗。該涂層是對這里描述的所有元件最佳化的重要設計，并應施加在每個電極結構和相鄰光波導之間。也可在這里描述的所有元件中的電極上使用一涂層以減少擊穿的可能性。在超周期結構中，由一對電極602和604切換可電控的光柵，電極由導線606連到電壓控制源608。第一電極602最好在波導上方的中間，而第二電極604在波導任一側且與第一電極平行。所述裝置為一帶有限制輸入光束590，以及透射輸出光束592和反射輸出光束594的波導586的波導裝置。可用很多方式構成多周期光柵。例如，可將頻譜中多個獨立峰值用作一個多頻率反饋反射鏡。在組合啟動處理的兩個適當周期的單個光柵中可實現(xiàn)兩種操作(例如相位匹配和反射)。最后一個實例，可通過調節(jié)其元件的相位和幅度使兩種極化波型上等效來制造光柵，制成一個極化不敏感的元件。周期結構的另一種有益改進是線性調頻脈沖周期。該周期沿光柵結構的長度逐漸增加或降低，以使中心頻率從光柵的一端變到另一端。因此，該光柵的波長帶寬被加寬為超過一常數(shù)周期光柵的波長帶寬?？缭焦鈻诺木€性調頻脈沖不一定為線性依據(jù)線性調頻脈沖率的變化可實現(xiàn)在頻率空間(例如方波，洛倫茲型)中的許多不同波長反射分布。如上所述，也可在空間上調節(jié)激發(fā)電場的負載循環(huán)和/或強度，以改進線性調頻脈沖光柵不同部分的強度?？砂匆笸ㄟ^掩模控制光柵的負載循環(huán)。通過調節(jié)圖6中例子所示的電極間隔控制電場強度。在包含兩個具有多峰值結構的分開光柵結構中可實現(xiàn)寬頻譜可調諧裝置，如圖21和22所示。圖20說明了這些裝置的基本原理并描繪了多峰值梳狀透射(或反射)分布620和622，作為這兩個光柵的光頻率的函數(shù)。第一光柵分布620具有由第一周期626分開的透射峰值，而第二光柵分布622具有由第二周期624分開的峰值，第二周期與第一周期略有不同。本裝置的主要構思是使該裝置僅在從兩曲線(頻率v1)峰值的重疊確定的頻率操作。通過彼此相對調諧光柵透射峰值的梳齒實現(xiàn)調諧。兩個梳齒中的不同透射峰值將在相對頻移的不同范圍內相互重疊，以使組合光柵的凈透射單獨地跳躍到比單一的熱或電-光調諧所達到的波長范圍寬得多的波長范圍。在圖20的實例中，峰值間隔差為10％，如果第一光柵的頻率增加頻率間隔626的10％，下一個更高的頻率峰值將重疊，造成有效頻移比調諧量大十倍。在圖21中示出該裝置的引導波實施例，其中兩個光柵650和652設置在單個波導642上。輸出光束644部分地反射到光束643和透射為光束645。第一電極666和第二電極668設置在第一光柵650周圍，以使連接到電極的第一電壓源662觸發(fā)該光柵。第三電極664與第二電極一道設置在第二光柵652周圍。由連接到第二和第三電極的第二電壓源660控制第二光柵。在該優(yōu)選實施例中，每個光柵是如圖20所述的多峰值結構，并且該裝置形成一個跳頻調諧反射器。根據(jù)圖20的曲線，光柵構成為寬帶反射器，主要反射除透射較高的等間隔頻率梳齒外的所有入射輻射頻率。因此，級聯(lián)光柵將反射圖20所示頻率范圍中的所有頻率，在v1兩透射峰值重疊處除外。如果排列兩個光柵的反射，以便在反射光束643中增加相位，透射光譜將基本等于兩個透射曲線620和622的乘積。當對光柵之一的中心頻率調諧時，在v1的單個透射峰值將跳躍到下一個相鄰峰值，然后再下一個，以此類推。這種結構對作為例如波分復用(WDM)通信系統(tǒng)中的電調諧接收機特別有用。可將該接收機做成只檢測特定頻帶的輸出光，而對其它頻率的光不敏感。如上所見，假設有75％負載循環(huán)的疇反相光柵中的電場為10V/μm，光柵結構可偏移約0.5nm。如果單個頻率峰值628的寬度窄于頻率間隔的1/100，該連續(xù)調諧范圍可用于在跨越或許100個頻帶的結構640中產生50nm范圍的不連續(xù)調諧。應指出，如果已知輸入光的頻率例如僅處在圖20中曲線620的透射頻帶內，則僅能用具有曲線622的透射頻譜的單光柵結構主要使用Moire效應實現(xiàn)該裝置。通過調諧頻譜622的中心頻率，可選擇任何一種所需頻帶而將其余的反射。圖7的T型結構在這種情況下有其特定的意義由光柵結構100(構成用于如此所述的調諧)將包含多頻率分量的輸入光束112分成可被檢測或用其它方法處理的單透射光束116，和包含所有其它頻率分量的反射光束114。光束114中包含的功率不損失，但可路由選擇到例如一通信網(wǎng)絡中的其它節(jié)點。其它變化可形成該基本結構，其中，例如圖20的頻譜是單獨光柵的反射曲線而不是透射曲線。這種情況下，當反射極化的頻率相互對準時，該結構根據(jù)反射波的相對相位借助反射性作為一標準器。否則，復合結構的凈反射主要是兩個單獨結構的反射曲線的總和。通過調節(jié)兩個光柵之間的光徑長度653來優(yōu)化兩個反射的相對相位可能是很重要的?？稍趦蓚€光柵入口654和655之間使用一電-光結構(如圖22中實例所示)控制相對相位，以調節(jié)光徑長度653。對于鈮酸鋰晶體和1.5μm的輸入波長，光柵之間的觸發(fā)距離至少需要250μm，以調節(jié)高達±π的兩光束之間的相對相位，(使用被施加10V/μm電場的z軸)。如果該光柵不是設計用于調諧(構成其平均折射率與所施加的電壓無關)，經在其電極施加的電場任意控制光柵之一的強度(而不是其頻率)。如果兩個光柵一起調諧，會造成窄范圍連續(xù)調諧。作為電子激發(fā)的另一種方式或補充，兩個反射的相位和光柵的峰值波長都可以通過芯片的熱或機械控制一起改變。圖22示意地示出由移相器部分635隔開并形成具有特性自由光譜范圍(FSR)的集成標準器640的兩個光柵反射器633和634。(結構630與圖21中的結構基本相同，但增加了移相器部分，由能激發(fā)橫向于波導636的電-光材料區(qū)的電極組成)。為簡化起見，我們考慮均勻單周期光柵的情況，但個別光柵通常為更復雜的結構。該光柵可被固定或由電子激發(fā)。通過調節(jié)施加到移相器部分635的電壓可使偏離兩個光柵的反射在參考頻率增加光束的相位。如果由多個FSR分開兩個光柵的頻率，在第二頻率的光束也將增加相位。由于FSR與兩個光柵之間的光徑長度成反比，光徑長度的選擇確定了標準器反射峰值結構的密度。例如，在鈮酸鋰中由220μm隔開的兩個短的高反射光柵可具有由多個1nm隔開的光柵反射峰值。圖20描述的多峰值結構620或622的每一個可實施作為集成標準器。圖23示出雙光柵Y型接頭實施例，其中兩個光柵690和692跨越兩個分開的波導682和684延伸。Y型接頭通常具有可處在一個平面或一個空間中的一個輸入和多個輸出波導。兩個波導通過Y型接頭688連接到第一波導686。在第二波導682和第三波導684之間分開光輸入光束691中的功率，以使近50％的輸入光束691入射到每個光柵。兩個光柵可具有簡單的反射結構，或可具有一系列高反射峰值。光柵可以是永久的，或也可以是電子調節(jié)的，這種情況下設置電極694和696激發(fā)光柵。然后，跨越晶片(或另一方式是在與波導相同的平面上，類似圖21鄰接其它電極)設置共用電極698。波導兩個分支的相對光徑長度可由配置在電-光作用區(qū)上方的電極689調節(jié)。通過調節(jié)相位調節(jié)電極689上的電壓，可調節(jié)兩反向傳播反射光束在其在Y型接頭相遇時具有相同相位。反射波型依據(jù)兩個波的相對相位疊加并形成在中心具有相位不連續(xù)的波前分布。隨著組合波的傳播，相移強烈影響引導區(qū)中光波型的空間集中。如果其具有相同相位，其分布則形成有效地耦合到輸入波導最低階波型的對稱波型，以形成向后反射輸出光束693。在Y型接頭加入異相的兩個反射光束將有很低耦合到波導686的任何對稱波型(例如最低階波型)。如果波導686是單個波型，該反射能量將從波導排除。因此，通過用電極689調節(jié)Y型臂之一的光徑長度，可迅速將反射從幾乎100％調節(jié)到幾乎接近零的值。此外，如果在此處所述可調諧結構之一中將光柵實施成電子調諧反射器，調制反射特性可移到不同頻譜區(qū)中。參考圖24，示出使用極化光柵722的可切換波導波型轉換器720。波導730最好同時支持輸入波型和輸出波型，其可為兩個橫向波型或兩個極化波型(例如TE和TM)。在波導中的兩種波型通常具有由波型的有效折射率確定的不同傳播常數(shù)。光柵722由通過連線746耦合到電勢源744的電極740和742電激發(fā)。選擇光柵周期Λ(724)，以使兩波導中的傳播常數(shù)差的大小等于光柵常數(shù)2πn/Λ。當光柵導通時，光柵補償兩波導傳播常數(shù)之差，以使兩波型之間的耦合相位匹配。應設定光柵強度和器件在光柵中的交互作用長度，以使功率流從輸入波型到輸出波型最佳。從一種波型向另一種波型的功率轉換之凈速率由電-光系數(shù)(鈮酸鋰中為γ51)強度和電場強度確定。對于兩種橫向波型，其耦合取決于有光柵結構的情況下兩種波型的空間疊加和光柵強度。兩種波型可通過對稱而正交，以致即使波型相位匹配，在對稱結構中沒有轉換。這種情況下，相位匹配結構本身可制成不對稱以消除該問題。在圖24的優(yōu)選實施例中，可通過激發(fā)極化結構的電場引入不對稱。電場的垂直分量在兩電極740和742中間反轉符號。最好將電極設置在波導中央，以使不同對稱的橫向波型之間的波型轉換最佳。當耦合相同對稱的橫向波型時，其反轉為真現(xiàn)在應將相位匹配結構制成對稱以使轉換最佳。也可使用幾種不同方法。一種三電極結構具有一對稱的電場垂直分量和一不對稱水平分量?？山Y合水平耦合的電-光系數(shù)之一使用該水平電場以耦合不同的對稱波型?；蛘撸瑯O化結構可具有基本平分波導的反相平面，這種情況下可用電場的對稱分量耦合不同對稱的波型(在三電極情況下為垂直電場，兩電極情況下為水平電場)。由于兩種波型的傳播常數(shù)強烈依賴于波長，其交互作用的差拍長度也依賴于波長。因此，對于兩種波型間耦合區(qū)的給定長度而言，耦合到第二波型的功率對頻率敏感。該耦合具有與之相關的頻帶寬度。對于給定的光柵強度，一部分帶內輸入光束耦合到作為耦合的輸出光束離開的輸出波型，而輸入光束的其余部分作為透射輸出光束離開第一波導。圖24所示結構也可用于耦合在TE和TM極化波型之間。例如電-光系數(shù)γ51能使鈮酸鋰晶體中的兩個正交極化之間耦合。如前所述，選擇光柵周期以使光柵常數(shù)等于兩波型間傳播傳輸之差。選擇交互作用長度以使功率傳送最佳。一種諸如支持TE和TM波型的向內擴散鈦波導之類的波導被用于兩極化可進入或離開轉換器的應用中。一種諸如僅支持一種極化(z切割鈮酸鋰基片中的TM或x切割或y切割中的TE)的質子交換波導之類的波導可用于僅要求單極化的應用中。這種單極化波導可作為用于其它極化的非常有效的濾波器。因衍射造成錯誤極化分量從波導迅速消散，僅將引導極化留在波導中。例如，質子交換波導731按需要可起到僅引導輸入極化或輸出極化的作用。如果光柵耦合強并且正確選擇交互作用長度和電場，該裝置可用作具有優(yōu)異透射和吸光特性的光調制器。用質子交換波導構成的調制器基本上可透射所有被正確極化的輸入光，并產生耦合到垂直極化波型的非常低的透射光。另一種方式，輸入波導可以是向內擴散的鈦以在輸入處接受任一極化。形成兩光束的波導的折射率分布最好相似，以使TE和TM波型的分布重疊好，并使耦合效率最大。為觸發(fā)γ51系數(shù)，沿晶體Y或X軸施加電場。達到適當電場方向的電極構造取決于晶體切割。對于具有沿x軸定向的波導的z切割晶體，第一和第二電極可設置在波導的任一側。另一方面，對于具有沿x軸定向的波導的y切割晶體，第一電極可直接設置在波導上方，而第二電極可設置在波導的任一側，平行于第一電極。由于光柵722中的極化疇可通過整體基片(例如0.5mm或更厚)延伸，圖24的結構也可用于可控制的整體極化轉換器。這種情況下，不需要波導730，并且電極最適宜構成在極化材料整體薄板的任一側上。參考圖25，示出包括Y型功率分離器702和橫向波型轉換器704的切換光束導向器700。波型轉換器以與上面相關的圖24描述的橫向波型轉換器類似方式工作。光柵結構706相位匹配從入射到波導708最低階(對稱)波型到波導的下一個更高階(不對稱)波型的能量轉換。選擇波導和光柵結構重疊的交互作用區(qū)的長度和強度，以便將近似一半輸入單對稱波型功率轉換成較高階不對稱波型。此外，選擇光柵波型轉換器部分704和Y型分相器702之間的光徑長度，以便兩波型的相位在Y型分支712之一建設性地增加而在另一分支713破壞性地增加。其結果是功率主要被路由選擇到有相長干涉的波導712，只有很少功率漏入另一個分支713。這種情況下，波導713中的反向傳播功率基本被排除在耦合到波型耦合器704之后的波導708中的反向傳播波型之外。該裝置在正向形成一個有效的功率路由選擇器而在反向形成隔離結構。通過調節(jié)光柵波型轉換器部分704和Y型分相器702之間的光徑長度，可將輸出功率從波導712切換到波導713。這是通過調節(jié)最低階波型和較高階波型的相對光徑長度以使兩波型相互相對滑移π相位，于是在波導713中產生相長干涉和在波導712中產生破壞性干涉進行的。通過用電壓源714激發(fā)電極對711和709，經基片703中的電-光效應改變電極711下的折射率在光徑長度調節(jié)部分705中實現(xiàn)相對光徑長度調節(jié)，基片703最好是鈮酸鋰(但可以是對諸如鋰鉭酸鹽、KTP、GaAs、InP、AgGaS2、結晶石英等之類波具有透明性的任何電-光材料)。與激發(fā)電壓一起選擇波導708在電極711下的傳播距離，以便將兩波型的相對相位至少改變所需之量。光柵706可以是用本領域已知的任何一種技術制造的永久光柵。然而，為使本器件的功能最佳，希望在對稱和不對稱波型中的功率幾乎完全相等。在現(xiàn)有制造技術中很難實現(xiàn)足夠的控制以達到該目的，因此需要在光柵強度中做一些調整。使用至少一些由電極709和710激發(fā)的極化光柵部分可實現(xiàn)該調節(jié)性，電極709和710由電源715驅動，并且其本身可被用來完成所要求的波型轉換，或調節(jié)組合極化永久光柵的強度。輸入波導708最好實施為一個包括一個(最好是絕熱)錐度701的單波型波導，以允許在橫向波型耦合器704和Y型分相器702之間引導兩波型。波導712和713最好都是單波型。在該器件中也可使用其它波型，只要其對稱相反，對于互連目的，最需要的是在輸入和輸出引線用最低階波型工作。中間激發(fā)波型不太重要，并且例如可以是一較高的不對稱波型。圖26示出一平行波導可切換諧振器750，其中輸入波導752沿交互作用區(qū)753耦合到平行波導754。光柵反射器755和756以在波導中傳播向后反射光的方式跨越波導754配置。該對隔開的反射器和波導754形成耦合到輸入波導752的集成標準器。選擇耦合區(qū)753的長度和耦合區(qū)中平行波導的間隔，以便將所需的輸入光束757的一小部分T耦合到波導754中。耦合到標準器結構754、755和756的光在反射器755和756之間諧振，并耦合出到兩主要輸出通道在波導752中的正向傳播波759和反向傳播波758。在標準器中循環(huán)的同一小部分T功率耦合到兩個輸出通道758和759的每一個。就任何標準器而言，集成標準器有一個頻率接受結構，該結構帶有視諧振器損耗而定的寬度，在頻率控制內包括多個峰值，并且間隔等于自由頻譜范圍。如果輸入光束757的光頻率與這些諧振頻率之一匹配，在標準器中循環(huán)的功率將增進到由Pcirc＝PincT/(T+Г/2)2確定的值Pcirc，其中Pinc是波導752中的入射功率，Г是標準器損耗，不包括耦合到波導752中的正向傳播波759和反向傳播波758的輸出，并假設弱耦合和低損耗。來自標準器在波導752中以反向傳播的輸出耦合波形成反射波758。光束758中的反射功率在諧振峰值上等于Pref＝Pinc/(1+Г/2T)2。當T》Г/2時，所有入射功率基本被反射。來自標準器在波導752中以正向傳播的輸出耦合波與輸入波757的未耦合部分異相(在空腔諧振上)，并且兩光束破壞性地干涉，產生低幅度輸出光束759。由于兩光束幅度不等，輸出光束759中的殘余功率Ptrans＝Pinc/(1+2T/Г)2不等于零，但可很接近零。如果使耦合Г與標準器損耗相比非常大，該裝置的透射被大大地抑制(如T＝10Г則為26dB)。該結構則在由FSR隔開的頻率梳齒處作為非常低損耗的反射器。該器件可通過改變兩反射器755和756之間的光徑長度來切換。設置電極761和762以穿過波導754在反射鏡755和756之間產生電場。用電源763激發(fā)電極，通過電-光效應改變電極761下的基片的有效折射率，從而改變反射鏡間的光程長度并使集成標準器的諧振移位。如果諧振移位大于諧振寬度或入射光束的頻帶寬度之一，由于標準器中的循環(huán)功率被抑制到約PincT/4，反射將下降到零，透射將基本上升到100％。如前面的附圖和說明所示，光柵755和756可以是永久光柵，或它們可以是由電極激發(fā)的極化光柵。如果光柵756是極化光柵，可通過切斷光柵切換該裝置。隨著光柵756切斷，即不反射，入射波757的損耗等于耦合常數(shù)T，但現(xiàn)在消除了梳齒結構而僅由電極761進行頻移。兩操作波型間切換函數(shù)之差可以較明顯，例如是寬帶輸入信號，在此必須切斷反射而不是僅改變其頻率。對于單頻率輸入光束，可通過用電極761改變光程長度或通過切斷反射鏡756破壞諧振器的Q均勻地切換反射。然而，如果維持反射鏡756的反射性和用電極761僅移位標準器的頻譜，寬帶輸入波的其它頻率分量將被反射，這可能是某些應用中極不希望的。如果T和Г較小，在標準器中建立的功率Pcirc可能相當大，并可用于例如諸如二次諧波產生的應用中。在該應用中，鈮酸鋰基片的一部分中的準相位匹配(QPM)定期極化結構在反射鏡756和交互作用區(qū)753之間，或可能在交互作用區(qū)本身中被引入。然后對標準器的諧振頻率之一調諧以便與QPM倍頻器的相位匹配頻率一致。由于建立因數(shù)Pcirc/Pinc的平方，所產生的功率建立增強了器件的頻率轉換效率。如果FSR足夠大以致其它諧振波型不被同時注入鎖定，在該頻率出現(xiàn)的高反射也可用于將泵激光注入鎖定在所要求的頻率。上面參考圖21和22描述的線性集成標準器的幾何結構也可用來完成同樣目的。為使標準器中反射器755和756之間建立的功率最佳，必須使諧振器中的損耗最小。圖26的耦合不能＂阻抗匹配＂，與本領域中已知的整體建立空腔的處理類似，調節(jié)耦合到諧振器的輸入通過對未耦合到空腔內的入射光束部分進行破壞性干涉而抵消。這是標準器透射干涉峰值的條件。如上所述，集成結構中所發(fā)生的是透射光束幾乎可被抵消，而同時在所耦合的諧振器中建立功率，但出現(xiàn)一強反射波。該反射波可在環(huán)形波導結構中消除，如圖27和28所說明的。如果需要，可使與標準器內的功率循環(huán)成正比的輸出751通過光柵756，或另一種方式是通過光柵755。圖27中示出三臂標準器760，該三臂標準器760包括一個輸入波導752、一個平行波導耦合區(qū)753、一個由三個波導段764、765和766構成的環(huán)形諧振器、三個光柵反射器767、768和769。電極761和762之間形成的光程長度調節(jié)部分是任選的。設置光柵反射器767以使從波導764到來的功率最佳地反射到波導765。在單波型系統(tǒng)中，設計光柵(和其電極，如果有的話)的空間結構，以使來自波導764的最低階波型耦合到波導765的最低階波型。光柵768和769結構相似，以使功率最佳地從波導765到波導766然后再到波導764，用確定的光程長度、FSR、光損系數(shù)、和用輸入波導752的耦合系數(shù)T形成一個Fabry-Perot諧振器?，F(xiàn)在，阻抗匹配是可能的，并當耦合系數(shù)T等于小于輸出耦合損耗的諧振器總行程損耗系數(shù)，主要是在耦合區(qū)753時實現(xiàn)。如果相位匹配倍頻器設置在諧振器中，諧振器中循環(huán)的基頻光束外的轉換功率不算作總行程損耗中的一項損耗。如果入射光束757以等于三臂標準器的諧振之一的頻率入射到器件上，功率將跨越平行波導交互作用區(qū)耦合到該標準器并建立循環(huán)功率Pcirc＝PincT/(T+Г)2。由于該環(huán)形結構，功率主要在從波導764到波導765、766，并回到764的一個方向循環(huán)。從標準器到波導752僅有一個單耦合波并且其在正向傳播。輸出耦合波與輸入波757的剩余部分進行破壞性干涉，形成弱透射波759。輸出光束759中的透射功率Ptrans由Ptrans＝Pinc(1-Г/T)2/(1+Г/T)2給出，如果Г＝T，其值為零，作為阻抗匹配條件。這種情況下，所有入射功率流入諧振器。阻抗匹配狀態(tài)中，兩光束幅度相等，且透射功率降低到零。除來自波導752不連續(xù)處的反射外在光束758中基本沒有反射功率，通過良好設計可使波導752中的反射最小。光柵767或任何其它光柵可構成可切換光柵，這種情況下，通過關閉光柵可破壞標準器的質量Q，消除整個梳齒結構，但留下一些因耦合到波導764的功率造成的光損耗?？梢龑л敵龉馐?51透射過光柵768，和/或通過光柵767或769。圖28示出環(huán)形波導標準器770。如前所述，輸入波導752在平行交互作用區(qū)753耦合到波導772。交互作用區(qū)753包括圖28中的一個光柵(雖然并不需要)，以強調光柵耦合在圖26、27和28的標準器幾何結構中一種有用的選擇。波導772隨一彎曲封閉路徑(有任何幾何形狀，包括帶交叉的電位多環(huán)路)將從區(qū)段753出現(xiàn)的一部分功率反饋到交互作用區(qū)753。如前所述，提供電極761和773以允許調節(jié)光程長度并因此而調節(jié)FSR，雖然這種情況下它們設置在基片的相同面上。提供平直區(qū)771，可根據(jù)標準器結構的應用在其中可制備某些重用功能元件。如果標準器裝置770用于倍頻，有助于將倍頻結構插入平直區(qū)，例如環(huán)的771部分，但必須做出將頻率轉換光耦合出環(huán)形波導的規(guī)定。器件770在其它方面的功能與器件760的類似。而裝置760可在基片上占據(jù)較小表面區(qū)，器件770在標準器中的損耗較低，如果直徑為1cm或更大則更是如此。器件760和770可起建立倍頻空腔的作用，在空腔中到光源的反饋最小。它們也可在沒有向后反射情況下切換給定頻率的透射，以在包括光通信的應用中使用。在WDM通信中，一條光纖上可承載由其光波長分隔的許多通信信道。為檢測信道，在所需波長區(qū)中的光必須首先與路由選擇到其它目的地的剩余信道分開。該分隔功能由信道下線濾波器(channeldroppingfilter)執(zhí)行。信道下線濾波器是波分復用(WDM)環(huán)境中使用的通信裝置。需要通過在不同波長上承載信道多路復用跨越單個傳輸光纖的信道。該系統(tǒng)中的一個重用元件是允許為路由選擇或檢測目的而抽取單個信道的信道下線濾波器。理想光纖通過良好的消光比基本上抽取信道中所有的光以便在后面的網(wǎng)絡中可使用相同波長而沒有串話。由于可將多個信道下線濾波器安裝在任何給定的線路上，帶外分量的介入損耗必須很低。它最好是可切換的，以使信道可在目的地下線，并在該通信結束后，該信道可繼續(xù)通過該位置到另一種目的地。與信道下線濾波器對應的是信道上線濾波器，向光纖加入信道而不明顯影響其它信道中的功率傳播。透射和反射濾波器在[HL91，KHO87]中已詳細分析。上面的多種結構可用于信道下線濾波器，包括參考圖7、10、26、27和28描述的裝置。圖7的T型光柵耦合波導是對帶外分量具有低損耗的信道下線濾波器。與現(xiàn)有技術的光柵相比，由于針對帶內分量達到99.9％的外耦合需要很長的光柵，該結構對串話有困難。由于使用帶有跨越波導整個延伸的尖銳界面的較高階光柵的能力使得本發(fā)明的周期極化光柵的耦合強度比現(xiàn)有技術明顯提高。而現(xiàn)有技術受使用淺波導使淺光柵和波導之間的重疊最佳的限制，由于我們的光柵結構跨越波導深度整個延伸，能使用深度與寬度基本相等的較低損耗的波導結構。該結構也可用作信道上線濾波器。如果按Haus等人在J.光波技術1992年第十期第57-62頁＂窄帶光信道下線濾波器＂一文所述構造光柵，圖10的裝置也是一個信道下線濾波器。這種情況下我們的貢獻僅在于極化光柵耦合技術，能使波導之間在短距離內強烈耦合，從而減少制造高效率的更高級光柵的困難。通過將標準器的諧振調諧到從輸入波導752抽取的信道頻率，裝置750、760和770可用作信道下線濾波器。如果集成標準器接近阻抗匹配，諧振頻率處的所有功率基本上傳送到標準器。在圖27和28的環(huán)形幾何結構中，可將波導752中的透射和反射功率減小到任何所要求程度，使串話最少。與所要求信道對應的光被完全從輸入波導抽出(下線)，即不留反射也不留透射。在圖26的線性幾何結構中，一些光損失到反射中，不明顯降低檢測效率，但可能會在通信網(wǎng)絡引起串話問題。通過將檢測器放置在標準器的波導部分上并與波導中的光耦合可檢測光中攜帶的信號?；蛘?，檢測器可耦合到例如圖26中的輸出波導754、圖27中的764、765、或766、和圖28中的794之一。在裝置760的情況下，通過調節(jié)諧振器光柵反射器767、768、或769之一的反射使一小部分循環(huán)功率外耦合到如用于輸出光束751的所示波導的連續(xù)部分來完成外耦合。那些連續(xù)波導部分也可連接到其它裝置的端口，可以是分立器件或集成在同一基片上。在裝置770的情況下，平行波導輸出耦合器(有或無光柵)可設置在環(huán)形的平直區(qū)771。雖然僅有一小部分循環(huán)功率可外耦合到這些端口，由于標準器中產生的建立造成總外耦合功率可非常接近進入波導752的信道功率的100％。用相鄰波導794表示輸出耦合，產生輸出光束751。環(huán)形幾何結構在消光比(光分隔效率高時消光比高)和低串話方面具有優(yōu)勢，這是由于可對它們進行調節(jié)以使幾乎全部功率傳送進入到標準器。所有標準器器件可設計成對帶外光束具有很低的介入損耗。圖26-28的所有裝置可通過相移電極761和762(和圖28中的763)切換。如前所述，可用電極761調節(jié)光程長度以移位集成標準器諧振頻率?？梢栽摲绞街苯舆x擇所需通道。或者，用上面參考圖20、21、和22描述的方法通過該技術可選擇多個通道；如果選擇標準器的FSR與通道間隔略有不同，可用Moire效應選擇帶有最小連續(xù)調諧的寬間隔通道。(較好的選擇是使FSR等于通道間隔加上幾倍通道帶寬與標準器諧振帶寬纏繞時獲得的頻帶寬度)。隨著結構750、760、和770的變化，可按上面參考圖10描述的光柵輔助式耦合器實施耦合區(qū)753。這樣有其優(yōu)點，在極化光柵實施中，可調節(jié)耦合系數(shù)T。特別是對環(huán)形諧振器設計760和770，可調節(jié)耦合有助于實現(xiàn)阻抗匹配。隨著進一步變化，可在基片的同一面上設置電極，如上所述，以獲得較低電壓激發(fā)。例如，如果加到輸出光束759的信號被引入波導766上，或如果其經波導794耦合到平直區(qū)771，圖27和28的結構也可用作有效信道上線濾波器。這些輸入交互作用最好阻抗匹配。參考圖29A，示出使用極化段806的波導調制器/衰減器800。極化段806的功能是(可切換地)收集從輸入波導段802發(fā)出的光，并在輸出波導段804接通時將其透射到輸出波導段804。在該器件中，輸入光束820耦合到輸入波導802。極化段806位于輸入波導段和輸出波導段804之間。輸入和輸出波導段最好是可通過包括向內擴散和離子交換的任何標準技術制造的永久波導。段806最好是一均勻極化基片內的反向極化區(qū)，以使其折射率基本沒有區(qū)別并且當電場切斷時沒有波導效應。段806是如圖29A中所示波導段。(可交替地用幾種不同的幾何方式構成，例如，一個凸透鏡結構、一個凹透鏡結構、或在許多這類元件之間傳遞光的復合結構見圖9)。通過經段806施加電場使其接通。電場改變極化段和周圍區(qū)的折射率。由于被段806按照基片材料各不相同地極化(最好是反向極化)，通過施加正確的電場極性，可使該段的折射率相對于周圍材料增加，形成波導?？稍黾硬▽н吔鐑葌鹊恼凵渎?，或可降低邊界外側的折射率。當該極化段導通時，形成一連接輸入和輸出段的連續(xù)波導。這是通過將波導連接在一起、在同一軸上對齊、并調節(jié)極化段的寬度以使其橫向波型分布最佳地匹配輸入和輸出波導802和804的波型分布實現(xiàn)的。隨著極化段切斷，輸入光束不限制在極化區(qū)中，以使光束到達輸出波導段前通過衍射充分擴張。如果輸入和輸出波導段的間隔比非引導光束的瑞利(Rayleigh)范圍大得多，以致光束擴展到比輸出波導大得多的尺寸，僅有一小部分輸入光束將耦合到輸出波導段以形成輸出光束822。通過相對于瑞利范圍調節(jié)段806的長度，可將切斷狀態(tài)下的功率透射量減小到所要求的程度。相對輸入和輸出波導端部的位置調節(jié)極化段806端部位置以使不連續(xù)性引起的損耗最小。由于永久波導有一擴散邊界，極化波導有一不連續(xù)邊界，和切換段中的折射率改變加到預先存在的折射率，需要在波導802和804的石版印刷所定邊界和極化段806端部之間留有相當于一半擴散長度的小間隙。為進一步減少波導802和806間結合部的反射和損耗，通過使激發(fā)電極810略短于段806或通過使電極寬度靠近其端部呈錐狀也有助于使段806中的折射率變化的開始呈錐狀，在兩種情況下，通過邊緣效應利用電場的降低。該結構的一個顯著方面是在導通和切斷兩種狀態(tài)下可使反射功率最小。隨著切斷，反射由波導802端部803的殘余反射支配。通過沿波導長度使折射率差逐漸降低可使該反射最小。由＂切斷＂透射的平方抑制來自波導804端部805的反射。在＂導通＂狀態(tài)下，還是通過沿傳播方向逐漸減小結構806的折射率差，形成平滑邊界而不是銳變界面可使該反射最小。當極化區(qū)由于邊界內的折射率增加而被激發(fā)時，被激發(fā)的極化區(qū)的邊界側向地限定光束。如果極化區(qū)的深度等于波導802和804的深度，極化段邊界也在垂直方向限制該光束。然而，很難在z切割鈮酸鋰晶片中控制極化深度。使一深疇極化最容易，并采用幾種不同的量度之一在垂直尺度獲得限制。優(yōu)選方法是排列電極以使電場幅度在垂直尺度下降。這是通過圖29A所示的同側電極構造，而不是設置在基片相對側的電極實現(xiàn)的。通過使兩個電極間的間隙變窄和通過減小整個電極結構的寬度可減小電場的穿透深度。此外或作為另一種方式，可在輸入和輸出波導間的空間內制造一個弱永久波導，其本身不足以傳送很多能量，但其與極化段806中產生的折射率升高結合后可最佳地將光限制在二維，以便基本上將所有光傳送到輸出波導804。這是通過例如將段內的永久折射率變化(相對于基片)調節(jié)到波導802和804中折射率變化的約0.6倍實現(xiàn)的。如果將段806中的＂導通＂折射率變化調整到同一值的約0.5倍，組合折射率變化足以達到合理的引導，而永久折射率變化則不夠。在＂導通＂狀態(tài)下，波型被限定在兩橫向尺寸中，即使在極化區(qū)中產生的切換折射率變化可比所要求的波導尺寸深得多＂導通＂波導的有效深度主要由永久折射率變化確定。弱波導可在第二掩模步驟中制造，或可在用一較窄的弱掩模段定義弱波導段的同一步驟中制造。作為一種相對替代，輸入和輸出波導之間的區(qū)可以是一平面波導，這種情況下傳播波型可在一維中處在最小衍射。接通一極化區(qū)的情況下將增加所需的橫向限定，而不管比平面波導有更深的折射率變化。由于兩種情況下在二維上的波導限定是由兩種獨立技術實現(xiàn)的，因此可形成基本上有任何寬高比(波導寬度與深度之比)的可切換波導。用相同技術，最好是退火質子交換處理可制造平面和信道波導?？墒褂梅珠_質子交換步驟定義平面波導和信道波導。通過退火完成波導制造過程，在此期間折射率變化被向下擴散到所要求的深度，并記錄材料的旋光性。兩組波導最好退火相同時間長度，雖然在第二質子交換步驟進行前可將一組的部分退火做得更深。一種重用替換是使用橫向于極化段806的全部、均勻永久波導，并使用電子激發(fā)段以切斷波導。這種情況下，選擇電場極性以抑制極化區(qū)中的折射率，極化區(qū)的深度可以非常深(實際上，這在波型擴散方面有其優(yōu)點)。這種切換波導通常為導通(即透射)，并需要施加電場將其切斷。常閉和常斷切換器構造就其在功率故障期間的行為而言有其優(yōu)點，因此重要的一點是本發(fā)明能提供兩種模式。為將段806中的波導切斷，需要一個與永久波導中感應的折射率變化近似相等并相反的折射率變化。隨著電場深度處在＂切斷＂狀態(tài)的變化效應非常小，這是由于其足以抑制大部分波導以使光強烈地擴散所至。不需要平面波導，而通過有限深度極化技術可在兩維上實現(xiàn)限定。數(shù)種極化技術(例如諸如鈮酸鋰和鉭酸鋰中的鈦向內擴散以及KTP中的離子交換)產生對有限深度的極化，通過特定深度可能對其優(yōu)化以形成一極化通道波導。然而，這些技術與極化一道產生折射率變化，依據(jù)處理參數(shù)略微形成一些永久波導?？梢罁?jù)該折射率變化強度用＂常閉＂或＂常斷＂構造中任何一種制造極化波導段。最好通過跨越兩個電極施加電壓產生電場，兩個電極與極化波導段布置在同一晶體面。第一電極810布置在極化區(qū)上，而第二電極812設置在第一電極一側或多側附近。對于z切割晶體，該構成激發(fā)基片的d33電-光系數(shù)。電壓源816基本是經兩條導線814連接到電極，以便為裝置提供驅動電壓。該裝置可用作數(shù)字或非線性模擬調制器。全導通電壓定義為跨越極化區(qū)的損耗最低的電壓。斷開電壓定義為將到輸出波導段的耦合降到所需程度的電壓。在導通電壓和斷開電壓之間連續(xù)變化可將該裝置用作模擬調制器或可變衰減器。在另一種結構中，結構806形成切換彎曲波導，再次與輸入波導802和輸出波導804對齊。該結構模式被稱為＂耳語廊＂波型，在極個別情況下，曲率較小并且內側邊緣上的波型限定變成與波導內側波導邊緣無關。對于較大的曲率，波型是一種改進的耳語廊波型，由波導內側邊緣提供某些限制。該極化結構在可切換性之外提供了另一優(yōu)點，即在其外壁上的尖銳折射率極大地改善了在彎曲波導中傳播的改進耳語廊波型的限定。這種情況下，輸入和輸出波導不必同軸或平行，在切斷狀態(tài)下可能增加正向隔離。如果輸入和輸出波導沿其軸相互成一角度排列，結構806可以是帶有單曲率半徑或錐狀曲率半徑的彎曲波導段，當彎曲波導結構806導通時用來在它們之間最佳地耦合功率。圖29B示出另一種結構801，為一切換透鏡調制器/衰減器，其中段806的棱形結構被改成透鏡型結構，其中局部光程長度與局部(加符號)折射率的乘積隨著離波導802和804的軸的橫向距離呈平方地減小。設置透鏡型結構以便其將從輸入波導802端部803發(fā)出的光束821會聚或再聚焦到輸出波導804的端部805。允許光波衍射離開端部803并通過透鏡型結構807。應指出，在該結構中，多個元件可彼此相鄰放置，以增加凈聚焦效應。增加區(qū)807內的折射率以獲得聚焦效應。如果周圍區(qū)以與區(qū)807相反方向極化，或如果周圍區(qū)的電-光系數(shù)與區(qū)807的電-光系數(shù)相反，透鏡間的間隔也可作為聚焦區(qū)。(透鏡807間的區(qū)形成的且被激發(fā)到較低折射率值的凹透鏡作為會聚透鏡結構)。電極810設置在結構806上，電極812設置在該結構外側與電極810相鄰，但相隔所要求的間隙。未激發(fā)電極時，光束連續(xù)發(fā)散，并且僅有很少功率再聚焦到波導端部805。當切換器接通時，光束再聚焦，并且一小部分功率連續(xù)通過波導804。在導通狀態(tài)，需要垂直限制以便有效功率的收集，而在切斷狀態(tài)則不需要。例如，可根據(jù)需要通過跨越結構圖形的整個表面提供均勻平面波導835來提供垂直限制。如果極化深入到基片，也可由透鏡型結構806提供垂直限定，作為深度函數(shù)的電場降低適合收集能量并將能量再聚焦回到波導端部805。當然，圖29B的結構也可在一個或兩個波導802和804都不存在的其它情況下使用。參考圖30，示出使用一極化波導段的極化全內反射(TIR)光能再定向器830。該圖說明用于高切換反射的極化TIR反射器與用于低介入損耗的極化波導段二者的組合。輸入波導832跨越整個器件延伸。極化區(qū)836以一角度848跨越波導延伸，形成當極化區(qū)被電-光激發(fā)時用于在波導傳播光束的TIR界面。一部分極化區(qū)還形成連接到輸出波導段834的極化波導段837。極化波導段和輸出波導段以角度848的兩倍相對于輸入波導布置。電壓源846為切換器提供電子激發(fā)，并通過兩導線844連到切換器。根據(jù)附圖，由六個垂直面界定極化區(qū)836，其中一個面以等于TIR角并小于用于所需電極激發(fā)的全內反射的臨界角的小角度848橫向于波導832。該面是TIR反射界面。該極化區(qū)接下來的三個連續(xù)垂直面包圍波導832外側的一個突出部分。該突出部分是可切換波導段。接下來的兩個垂直面并不重要，可隨波導邊界并與其相交90°。疇(836和基片外側836的區(qū))的特征在于靜態(tài)折射率分布，是無施加電場情況下折射率的空間分布。當施加激發(fā)電場分布通過這些疇時，它們將具有與相應的靜態(tài)分布不同的激發(fā)折射率分布。激發(fā)分布根據(jù)施加電場可達到的范圍也具有一個范圍。將兩種類型的疇相互靠近并列的優(yōu)點在于兩個疇中的電場響應可相反，提供跨越并列區(qū)有兩倍折射率變化的過度。在折射率或折射改變的情況下，該過度形成-反射邊界，其反射比用單類型疇獲得的反射大。當切換器導通時，耦合到波導的輸入光束反射離開TIR界面，向下傳播到極化波導段，并進入輸出波導段834形成偏轉輸出光束854。當切換器切斷時，輸入光束穿過極化界面?zhèn)鞑ゲ⒗^續(xù)通過輸入波導，形成未偏轉輸出光束852。由于在TIR界面的折射率變化較低，在切斷狀態(tài)下反射很低。由于永久波導段834是由來自波導832的數(shù)個波型指數(shù)型衰減長度隔開的，光束通過切換區(qū)域時因散射造成的功率損耗也非常低。＂切斷＂切換器對波導而言基本上是不可見的，在輸入波導中產生非常低的損耗。在切斷狀態(tài)下切換區(qū)的附加損耗與未激勵波導的相同長度相比被稱為介入損耗，當輸入波導是帶有許多極化切換器的總線時特別需要低介入損耗。極化界面相對于輸入波導的角度θ(848)必須小于最大或臨界TIR角θc，從斯涅爾(Snell)定律導出&theta;&le;&theta;c=cos-1(1-2|&Delta;n|n)&infin;2|&Delta;n|n----(3)]]>其中θ＝TIR角(波導和極化界面之間的角度)n＝波導區(qū)的折射率，和Δn＝極化邊界每一側折射率的電-光變化由于折射率變化發(fā)生在有相反符號的極化邊界的每一側，有效折射率變化為2Δn。該表達式假設遠離邊界的折射率變化緩慢改變(絕熱)。由于有效折射率變化變?yōu)閮杀叮靡粋€極化TIR切換器能夠達到的最大切換角度增加到用一對電極且沒有極化界面的現(xiàn)有技術切換器的倍。由于其增加了使用一個TIR切換器可達到的切換器陣列的最大存儲密度，因此這是一個很明顯的提高。由于折射率變化Δn取決于極化，臨界角θc取決于輸入光束的極化。例如，在z切割鈮酸鋰中，帶有垂直電場E3，TM波借助r33對超常折射率中的變化很敏感，而TE波借助r13對普通折射率中的變化很敏感。由于r33》r13，更容易切換TM波。使用退火質子交換波導很方便，這是由于它們僅在z方向極化的波所至。另一方面，在x-切割y-傳播(或y-切割x-傳播)的鈮酸鋰中，TE波具有更高的折射率變化。應指出，這種情況下，必須改變電極構造，以便在基片平面的z方向而不是垂直方向產生電場分量。實際TIR切換器的設計角度必須在數(shù)個因素最佳化后選定。待切換的波型包括兩角狀分布(在波導制造平面內和平面外)，如果兩平面中波導寬度不同，兩角狀分布可不同。給定平面中波型的角含量幾乎覆蓋δΦ＝±λ/πwo，其中wo是該平面中的1/e2波型收斂部分。我們希望大部分光在TIT界面反射，因入射角度必須比臨界角度θc小大約切換波導平面中的角含量δΦ。角含量δΦ與收斂部分的大小成反比，但因此是我們希望最佳的存儲密度。波型在波導平面外的方向上的角含量也必須考慮，由于它也對有效入射角起作用，雖然其幾何結構更復雜。生產TIR切換器的另一種方式是應變場代替電場，或在電場外增加一應變場。應變場最便于在永久方式中實施；電場在產生反射變化時最有效。施加在疇邊界的定向應變場在折射率中產生不同變化，在兩個疇中通過光彈性效應在折射界面產生一折射率。如上述參考圖2所述，可通過將樣品加熱到高溫，沉積一層有不同熱膨脹系數(shù)的薄膜，并冷卻到室溫來產生應變場。通過蝕刻出例如條狀區(qū)施加到薄膜上的圖形將在薄膜中的間隙周圍產生應變場。然后，可使用該應變場在疇邊界激勵變化。如果所施加薄膜是一電介質，只要電極的沉積不是不按要求地改變應變場，可施加電場通過電介質到極化區(qū)。該薄膜最好是吸光率低的薄膜，以使其可直接接觸基片，而不是由緩沖層隔開。極化區(qū)包括一部分輸入波導和一個垂直于波導傳播軸的界面。包含TIR交叉界面的輸入波導部分定義切換器長度如下L=Wcot(&theta;)&infin;W&theta;----(4)]]>其中θ如前面所定義的L＝沿輸入波導測量的切換器長度，和W＝波導寬度因此，為使切換器尺寸最小，必須將波導寬度做得盡可能小。對于空間臨界應用，波導段最好是單波型。例如，如果單波型波導的寬度是4μm，最大折射率變化Δn是0.0015，折射率是2.16，TIR角θ則為3°而切換器長度L為76μm。極化波導段與輸入波導形成等于2θ的夾角，其為TIR界面的偏轉角。為了有效地將偏離TIR界面的反射光束波型匹配到極化波導段，極化段應與輸入波導具有近乎相同的橫向波型分布。通過選擇極化波導的寬度和折射率差的適當組合可實現(xiàn)有效波型匹配。極化波導沿由切換器界面占據(jù)的波導后半側與輸入波導相交。確定波導的準確尺寸和位置，以使從全內反射處理發(fā)出的近場波型分布最佳地匹配到以傳播方向和橫向分布表示的波導的波型。對于極化波導段和永久波導段834之間的匹配也是如此，類似于上面參考圖29A所述內容。永久波導段基本上是極化波導段的繼續(xù)。極化段長度取決于輸入波導和切換波導中的最佳損耗。為避免切換器起斷時輸入波導中的未偏轉光束之間的散射作用，永久波導段必須與輸入波導分開一段距離(至少一個光波長)。對于帶有許多切換器的總線波導，輸入波導中的損耗必須降低到與切換器數(shù)量成反比的值。輸入波導中光束的形態(tài)分布在波導未擴散邊緣之外延伸一特定距離，在該處呈指數(shù)衰減。如果永久段與輸入波導隔開數(shù)個指數(shù)衰減常數(shù)，損耗可減小到總線波導可接受的程度。極化段的長度也影響反射光束中的損耗。由于高壁的粗糙度，造成極化波導段每單位長度的損耗比未擴散波導的損耗高。另外，在波導的每一端存在上述波型轉換損耗，可通過最佳地匹配該波型分布使波型轉換損耗最小。如果極化段較短(相當于光束的瑞利范圍)，透射光束實質上未轉換成極化段的波型，因而降低耦合損耗。極化段的最佳長度取決于輸入波導和切換波導內的光束中可承受的相對損耗。在圖29A所示波導段調制器/衰減器的情況下，在切換波導837中需要對波型有垂直限制。上面描述的相同任選方案可在此實施。圖30示出一平面波導835，將光束限制在平行于基片表面的平面中。由于平面波導均勻，它的存在對波導切換器匯接點在其切斷狀態(tài)的損耗不會造成影響。也可實施其它方式代替平面波導或其某些組合，包括設計電場深度以獲得垂直限制，使用短深度極化，使用通過電場感應折射率變化擴大的部分波導，以及使用由場激發(fā)極化區(qū)關閉的全永久波導。后兩種替代方式具有因相鄰折射率不連續(xù)造成光束通過波導832的損耗較高的缺點。水平限制也是最佳化切換區(qū)中的一個問題。如果要求高切換效率，最好具有較大的TIR反射角。輸入波851左半部分首先反射出界面838形成右半部分反射波。然而，反射后，反射波的右半部分在橫向尺寸中未受限制，直到其到達波導段837。在其未受限制通過期間將因衍射而擴張，而使耦合到輸出波導834的光束功率減少一小部分。該效應降低了切換器在其導通狀態(tài)的效率。然而，平均未引導距離近似地被限定在角848四倍的正弦值所劃分的波導寬度。輸入波右半部分通過波導段837后仍受限制，直到其因波導832右半側造成永久折射率變化而反射離開界面838為止。然后，較好地匹配到輸出波導834。輸入光束851的兩部分從TIT表面838反射后經受所不希望的來自波導832側面的反射。由于該表面與光束傳播軸和表面838的夾角相同，但僅有一小部分折射率不同，從該表面僅是部分而不是全反射，該反射也增加切換器損耗。為使反射器效率最佳并使波導損耗最小，電極設計是該切換器的一個重要方面。最好使用兩個電極觸發(fā)切換器。第一電極840設置在TIR界面838上方，而第二電極842設置在第一電極旁邊，與該界面相鄰。最佳化的主要參數(shù)是兩電極的間隔和第一電極邊緣與極化邊界之間的距離，電極邊緣和極化邊界可以重疊，也可以不重疊。兩電極間的間隔影響激發(fā)該器件所需的電壓，以及透入基片并產生折射率變化分布的電場圖形的寬度。進一步分開的電極需要更高電壓，但產生比靠近隔開的電極更向基片深度延伸的電場。電場穿入深度對獲得較大凈反射很重要。由于離電極越遠電場越弱，極化邊界的感應折射率變化也隨深度降低，與TIR角一樣。在被稱為有效深度的某一特定深度折射率變化變得不足以維持光束中央射線在切換結構的角度的全反射。由于反射在最小TIR值之下的值隨折射率變化迅速下降，TIR反射鏡在此深度實質上不起作用。對于進入波導837和834的高凈反射，可調整該器件設計，以便在波導832中主要電場分布下方產生有效深度。由電極設計影響的第二主要操作參數(shù)是在TIR界面838之外反射波漸逝場的穿透。雖然在導通狀態(tài)下沒有功率可透射到TIR界面之外，電磁場穿透TIR表面相當于一個波長的距離。在TIR表面之外也存在空間對所施加電場的依賴關系，電場強度在靠近其它電極842的區(qū)內降低(實際是反向)。因此，折射率變化在TIR界面之外降低。必須注意的是在電場中發(fā)生實質變化之前漸逝場衰減到一可忽略的值，或功率漏過TIR界面。最佳情況是第一電極與極化界面重疊一段距離，針對最大折射率變化和在界面838之外有足夠的電場穩(wěn)定性選定該段距離。第一電極還跨越極化波導段836延伸，并且可能進入相鄰區(qū)。通過使流經波導段并進入永久波導834的功率最佳化來確定激發(fā)該區(qū)836的兩個電極的形狀?？墒褂闷渌姌O以改善極化區(qū)中的電場強度。例如，如果第二電極圍繞延伸而形成U形，第一電極下方的電場平均增加，但其形成有些象凸起的波導，可能無法提供理想的折射率分布。TIR切換器是一個光能路由器并且也可作為一個調制器。如果電壓源連續(xù)可變，調制器則為模擬，在電壓和反射性之間有非線性關系。隨著所施加電壓的增加，全反射界面的深度增加，從波851產生連續(xù)可調節(jié)的反射進入波854。該調制器可用于反射或透射波型，取決于移去電壓時透射是否應到零或100％。對于特殊的非線性應用，反射和透射系數(shù)的非線性作為電壓的函數(shù)可能有用，例如接收機對信號程度呈對數(shù)敏感。圖31示出帶有兩個TIR反射器的TIR切換器。如果要求增加輸出波導834和輸入波導832之間的角度，可加入第二TIR界面839。輸入波導832和輸出波導834之間的角度為圖30中的兩倍，并可通過加入附加TIR界面一次又一次地加倍。以與相對界面838有一角度849建立界面839，該角度等于角度848的兩倍。(如果增加TIR界面，后續(xù)TIR界面應在相對前面的TIR界面有相同角度838的情況下增加)。由于雙TIR反射鏡使光遠離輸入波導832，以致永久波導834可直接靠在極化區(qū)836的端部，不對波導932造成明顯損耗，因此不再需要圖30的切換波導部分837。另外，極化區(qū)836中提供垂直限制。構成極化區(qū)836和輸出波導834并對齊，以使在TIR鏈和波導段中傳播的電場分布最佳地匹配輸入波導832的局部最低階波型電場分布。在TIR反射器之后，偏轉光束匹配到永久波導834以便當切換器導通時形成輸出光束854。由通過一個接一個的TIR反射鏡的輸入波導反射定義輸入波導832外側極化區(qū)內側邊界的形狀。內側邊界的這種確定在從兩TIR反射鏡反射時實現(xiàn)了波導波型內側邊緣的最佳引導。圖32示出帶極化TIR切換器831的TIR切換光束導向器，該導向器有一電子切換波導段。在該結構中，區(qū)836反向極化，位于界面838之后，并且如前所述由一對電極840和842激發(fā)，電極由經導體844所連接的電壓源846激發(fā)。再次選擇激發(fā)極性以產生來自輸入光束851方向的負折射率變化。切換器導通時，光束離開TIR界面838反射到永久波導834，但與圖31不同，二者之間沒有極化波導段連接它們。代之以電極842在輸入波導和輸出波導834之間的中間區(qū)上延伸。通過向包含TIR反射邊界的輸入波導832段的側向邊界和輸出波導834的輸入邊界之間的區(qū)施加電場可形成耦合波導段。如同以往一樣，借助電極和Maxwell方程確定電場的三維分布。由該電極產生的電場通過電-光效應產生正折射率變化，提供所需的切換波導段。如上所述，也構成該波導段并對齊，以使輸入波型最佳地耦合到輸出波型854。作為這種和任何TIR切換器實施的替換，輸出波導可在有可忽略間隙的輸入波導處開始。該替換方式在切換器切斷(直通)構造時具有更高介入損耗。參考圖33，示出使用極化段的兩位置波導路由器，不以全內反射為基礎。極化區(qū)866形成可電激發(fā)的波導段，以一小角度跨越輸入波導862。施加電場時，段866中的折射率增加，而輸入波導中相鄰區(qū)中的折射率降低。因此輸入光束880至少部分地耦合到極化波導段。當切換器切斷時，輸入光束繼續(xù)通過輸入波導傳播，以形成未切換的輸出光束882。如果需要將所有或大部分輸入光切換到輸出波導864作為經切換的輸出光束884離開該器件，該小角度可絕熱地成為錐狀，形成低損耗波導彎曲。至少用兩個電極跨越極化區(qū)施加電場以激發(fā)波導。第一電極870設置在極化波導段上方，而第二電極872與第一電極相鄰設置。第二電極872與第一電極相鄰并可位于極化波導段的兩側，以達到高功率分配比。如前所述，由電源846經導體844激發(fā)電極，使用平面波導835，或電場隨深度下降，或在此描述的其它方法之一獲得切換傳播波型的垂直限制。參考圖34，數(shù)個極化TIR切換器并列放置形成陣列900。形成TIR界面的極化區(qū)912和914沿波導910一個接一個地設置。每個極化區(qū)具有相同晶體取向，晶體z軸在區(qū)912和914中與其余晶體相反。該構造的其它方面和許多變化已在上面參考圖30描述。用通過導線928連到電極的多輸出電壓控制源926分別激發(fā)每個切換器。當所有切換器切斷時，輸入光束902向下傳播到輸入波導910以形成損耗可忽略的未切換輸出光束904。如果第一切換器導通，輸入光束反射離開TIR界面，以便在波導916中形成第一反射輸出光束908。如果第一切換器切斷而第二切換器導通，輸入光束反射離開第二TIR界面，以便在波導918中形成第二反射輸出光束906，對后續(xù)切換器以此類推。該多切換器結構可延續(xù)到n個切換器。電極如上所述配置在每個TIR界面。電極920、922、和924中的一個或多個作為一個切換器的陰極和另一個切換器的陽極。例如，電壓施加在第二電極922與第一和第三電極920和924之間，以激發(fā)第二切換器形成輸出光束906。作為陽極和陰極的電極922最好應延伸到預先被極化的段912的TIR界面附近，同時覆蓋一個極化區(qū)914的TIR界面和極化區(qū)域914的一個波導段。僅示出一部分結構，其中有兩個完整的極化段912和914以及一個完整的電極922。該結構可通過對齊復制完整電極和極化段復制n個切換器。為避免通道中串話，以輸入光束直到進入被激發(fā)切換器為止不能看到任何電-光折射率變化的方式向電極上施加電壓。例如，為激發(fā)第二極化區(qū)914的TIR界面，可在電極922和924之間施加電壓，使電極920和922與以前電極保持相同電位。雖然極化區(qū)的總長度比L長，給定區(qū)沿波導占據(jù)的距離等于所定義的L。帶有100％存儲密度的TIR切換器的線性陣列因此在開始每隔距離L處具有新極化區(qū)。將其稱為100％存儲密度是由于在該密度下相鄰區(qū)僅在波導內極化區(qū)的內側角相互接觸。由于被在先極化的結構中引導的某些光漏出到與該結構接觸的下一個極化結構，相鄰區(qū)相互接觸是不利的。我們已在上面指出，與在先極化區(qū)接觸的角部是由極化區(qū)的兩個垂直面形成的，其位置并不重要。通過移動這些面使極化區(qū)寬度在該內側角部一側變薄，可使這些區(qū)不再相互接觸排列，從而減少光能泄漏。例如，通過使90°橫向于波導的面的長度減半可使內側角移動到波導中部。用來與波導平行的面現(xiàn)在與TIR界面平行，并變成一重要的位置表面。我們稱具有該幾何形狀的極化區(qū)為＂密集存儲＂極化區(qū)。(存在其它方式實現(xiàn)使漏光最小的目的，例如在兩個不重要的面之間加入第七垂直面，但此變化如前所述在密集存儲方面有另一優(yōu)點)。圖35示出一種結構，其中通過使用用于極化區(qū)的密集存儲幾何形狀和使相鄰極化區(qū)的極化相反來使切換器的線性密度加倍。橫向經過波導的極化區(qū)的界面現(xiàn)在相同，但僅用于沿波導軸轉移。極化區(qū)將因此沿波導牢固地疊層，使切換器密度加倍。實際上，由于其它區(qū)與基片的極化方向相同(在最佳情況下基片完全極化)，僅有相反區(qū)在空間上完全界定。圖35示出兩個相反極化的區(qū)952和954?？烧J為TIR界面是極化區(qū)的第一面或輸入面以及第二面或輸出面，在波導950中傳輸?shù)奈辞袚Q光很可能分別進入或離開未激發(fā)極化區(qū)。用于輸出光束946的TIR界面形成在極化基片和反向極化區(qū)952的第一(輸入)面之間，由電極966激發(fā)。用于輸出光束947的TIR界面形成在反向極化區(qū)952的第二(輸出)面和極化基片之間，由電極967激發(fā)。用于輸出光束948的TIR界面形成在極化基片和反向極化區(qū)954的第一面之間，由電極968激發(fā)。用于輸出光束949的TIR界面形成在反向極化區(qū)954的第二面和極化基片之間，由電極969激發(fā)。電極沿連接到永久輸出波導956、957、958和959的切換波導段在相應的TIR界面上延伸。電極966、967、968、969和970中的一個或多個最好作為一個切換器的陰極和另一個切換器的陽極。因此，每個電極沿前一切換器TIR界面的整個長度平行延伸。每個切換器由電壓源926經導體928施加電場而可分別切換。當所有切換器切斷時，輸入光束942向下傳播到總線波導950形成一未切換輸出光束944。當?shù)谝磺袚Q器導通時，輸入光束反射離開其對應的TIR界面耦合到第一輸出波導段956，以形成第一反射輸出光束946。對應后續(xù)切換器，輸入光束反射離開對應的后續(xù)TIR界面耦合到波導段957、958、或959以形成反射輸出光束947、948、或949。電極上電壓的典型設定是不存在來自相鄰切換器的光干擾所有在前切換器斷開。例如，將所有前一電極保持在相同電位作為已切換電極可實現(xiàn)此目的。該多切換器結構可延續(xù)到n個切換器。需要將密集存儲極化區(qū)的上游端明顯地延伸到輸入波導950邊緣之外，保持垂直表面相對于波導的角度。該延伸捕捉輸入波導波型的全指數(shù)尾部，并將所延伸的密集存儲極化區(qū)的其余不重要定位表面推出波導950，從而消除光損耗。(上游和下游定義為相對于輸入光束942傳播的方向)。如果如上所述參考圖30設計極化區(qū)的切換波導，輸出波導的間隔變成與其在最高密度存儲中的寬度相同，以便其歸入平面波導。對于某些應用平面輸出波導可能有用，可使用每個切換器中的第二極化TIR界面隔開輸出波導。已參考圖31描述了在一個切換器中使用兩個TIR界面。應指出，在圖35的情況下，極化區(qū)的幾何形狀略有不同，以實現(xiàn)疊層。延伸密集存儲極化區(qū)的＂輸出波導＂部分繞第一TIR界面端部相對于輸入波導942旋轉一角度3θ，保持其面的平行。該＂輸出波導＂部分因此而變成第二TIR反射器段。第二TIR反射器段的寬度比輸入波導約大50％。第二TIR反射器段內的波型傳播在其內側不限制于約2W/sinθ的距離，其中W已定義為波導寬度。在該側出現(xiàn)的任何衍射將導致耦合到輸出波導956-959的功率降低。應保持該距離小于約瑞利范圍。在4μm寬的波導在4.5°TIR角工作的情況下，總的未限制距離約為100μm，近似等于藍光束的瑞利范圍。使這種切換器陣列性能最佳的一種解決方案是在第二TIR反射器段內的關鍵位置增加一折射率的永久減量(不劣化電-光系數(shù))。該關鍵位置是由延伸密集存儲極化區(qū)的內壁和由如參考圖31定義的極化區(qū)836內壁所界定的區(qū)。永久折射率減量在其從兩個連續(xù)TIR反射鏡反射時在波型限制的最佳位置界定一個永久波導邊界。所增加的折射率減量在其到達輸入波導時逐漸減小到零，通過截去足夠遠離波導的折射率減量區(qū)可使加到輸入波導的損耗明顯減少。折射率減量也不干擾前一個TIR界面的TIR功能(實際上有幫助)。因此，已切換的光束從兩個連續(xù)的TIR界面反射，使切換器的全偏轉角度加倍到4θ。通過加倍輸出角度，使得空間可供寬度等于輸入波導的輸出波導使用，間隔等于其最密結構中的寬度。輸出波導在第二TIR反射器的最終角落連到圖35中的極化區(qū)，相對于第二TIR界面的角度為θ，并最佳地對準以便收集離開第二TIR界面的光反射。最好將用于給定開關的兩個TIR反射器無介入波導段地連接。這樣可使必須在極化波導中傳輸?shù)钠D光束的路徑長度最小，因壁面粗糙和不對稱造成可能比永久信道波導具有更高損耗。在另一種極化邊界結構中，在兩個相鄰極化區(qū)之間的邊界可以是彎曲TIR結構。該結構的波型也是耳語廊式波型，可能由波導內側邊界上的某些限制改進。使極化邊界的曲率半徑足夠小以使耳語廊波型與耦合在兩種類型波導之間的較大功率的波導波型有良好匹配，在波型內針對角度分布在足夠大的實際全內反射發(fā)生。圖36示出用于更高存儲密度的雙交叉波導結構980。該結構有兩種改進一個不對稱損耗波導交叉997，和90°反射鏡976和977。密度隨著平行于第一輸入波導984的第二輸入波導982的加入而增加，第一和第二波導在基片981的同一表面上，有效地使存儲密度加倍。切換器元件983和985已作為上述極化TIR切換器的變化之一概略說明，但可用本文中描述的任何集成光切換器替換，因此，我們在此或圖36中不詳細描述該切換器。(該切換器也可用這里描述的其它方式實施，例如參考圖7描述的光柵切換器、參考圖10描述的耦合器、參考圖25描述的分配器、和參考圖33描述的引導切換器。)第一輸入光束992向下傳播到第一波導，而第二輸入光束994向上傳播到第二波導。兩光束可從不同光源發(fā)出，或由同一光源經一主動或被動分離器發(fā)出。當相關切換器切斷時，輸入光束992和994通過其傳播分別形成未偏轉輸出光束993和995。如果相關切換器導通，第一輸入光束994偏轉進入輸出光束996，同時第二輸入光束992偏轉進入輸出光束998。在不對稱波導交叉997中，兩波導相互交叉，調節(jié)折射率分布，以一個波導中損耗略微增高為代價使另一波導中的損耗最小。兩個交叉波導彼此相對以較大夾角布置(此處說明為90°)，以使交叉損耗最小。參考圖36的幾何形狀，第二偏轉光束998跨越第一波導984(這種情況下，已切換輸出光束可平行于輸出波導986和988傳播)。波導988在交叉點處與波導984分開，留下間隙990和991。這樣使波導984中的損耗最小，產生不對稱損耗結構，該結構中，波導988中的損耗比交叉區(qū)中波導984中的損耗高。為便于后面敘述，我們稱不對稱交叉沿波導有較低損耗為＂定點＂。不對稱交叉997沿波導984定點。如果間隙990和991比波導984中波型的數(shù)個指數(shù)衰減長度寬，交叉結構基本不會對波導984提供附加損耗。然后可沿波導984將多個不對稱交叉結構依次定點，以產生跨接許多波導的低損耗波導。間隙990和991將對在斷開波導988中傳播的光束998產生一些反射和散射，在兩波導中所要求低損耗的組合限制下可使間隙寬度最小。為使來自在波導988中傳播的光束998的光損耗在交叉結構最小，可調制橫向于波導傳播軸的折射率分布或沿波導軸使其逐漸減小。其目的是在波導984中保持很低損耗，同時使波導988中損耗最小。如果與波導984相鄰的區(qū)中折射率變化較小并且與波導984本身的折射率變化相比變化緩慢則可實現(xiàn)該目的。(在此所稱的所有折射率變化是相對于基片而言)。第二波導中的損耗有兩部分一個是折射率不連續(xù)引起的反射造成的，另一個是因衍射擴張造成的。由波導中折射率變化大小和其在波導端部和側面的錐形分布確定反射損耗。例如，如果在兩波導芯的折射率變化相同，都是Δn＝0.003，在四個界面的凈反射損耗將小于5％，可減少反射的準確折射率分布引起的校正可忽略不計。由于間隙寬度通常比自由空間瑞利范圍小得多，衍射損耗甚至更低。例如，如果最窄波型尺寸的深度是2μm，假設材料折射率為2.2，波長為0.5μm，瑞利范圍則為55μm。假設間隙寬度為3μm，每個間隙的衍射損耗小于1％。如果波導深度為4μm，衍射損耗實質上更小。通過相對于間隙尺寸增加波導大小可使衍射損耗最小。通常，＂間隙＂900相鄰交叉區(qū)有一折射率分布。相對于基片折射率定義該折射率分布。間隙中折射率可從一等于波導988折射率分布的值逐漸減小到相鄰交叉區(qū)的另一值。交叉區(qū)的重要部分是波導984的光波型在其中傳播的體積。為使波導984中的損耗最小，該重要部分中交叉區(qū)附近的折射率比波導984內折射率分布小得多。帶有不對稱光損耗的交叉波導幾何形狀可由許多幾何變化組合。例如，對于已切換輸出波導橫向于輸入波導的多個交叉點可使用三個或更多輸入波導。對最佳波導的選擇也可以許多方式進行，最好是在使其在交叉點損耗最小的意義上進行選擇。我們已討論了一個最佳波導為平行的實例。然而，在更復雜的系統(tǒng)中，可能有彼此交叉的最佳波導，以及交叉非最佳波導得到的最佳波導。如何實現(xiàn)最佳波導的交叉的選擇取決于其應用。在一器件中的波導交叉結構可以是不對稱損耗交叉和間隙寬度為零的對稱損耗交叉的任何組合。對于以小角度偏轉光束的切換器(例如TIR切換器)，可提供諸如976和977之類的附加光束旋轉器件，以便在波導交叉處獲得大交角。光束旋轉器件976和977最好是垂直微型反射鏡，安裝在固定位置。通過使基片材料在其體積內移動，留下一個與波導相鄰的平坦垂直表面(粗糙度最好較低)并在將反射光最佳地向下導向輸出波導986或988的角度定向來形成每個微型反射鏡。可采用傳統(tǒng)處理技術制造微型反射鏡，包括用例如高功率激元激光或離子束蝕刻的激光燒蝕，二者可在掩模的幫助下界定反射鏡的幾何形狀。體積內可充以低折射率，低損耗材料，例如氧化鋁或二氧化硅，以防止反射鏡表面受到污染并保持反射鏡的全內反射性質。最好將微型反射鏡相對于波導之一的輸入的角度調整到提供全內反射。微型反射鏡體積在其反射表面垂直方向的厚度最好比光波長大得多，以使反射光波漸逝尾部通過微型反射鏡的泄漏最小。調整相對于其它波導的角度，以使反射光束的中間傳播方向平行于其它波導中軸。調整微型反射鏡的位置以使從一個波導到另一個波導的光耦合最佳。最好調整反射鏡在結合區(qū)的位置，以使照亮反射鏡表面的兩光束的＂重心＂在同一位置。反射鏡橫向于入射和反射光束的長度大于波導寬度的兩倍，以便將整個波型全部反射，包括光束尾中的指數(shù)降低強度。從波導波型之一輸入的光通過波導結合區(qū)衍射到微型反射鏡，在耦合到輸出波導波型之前以反射角通過波導結合區(qū)反射和衍射回來。在反射鏡附近兩波導之間的結合區(qū)最佳地保持在與未限制光束的瑞利范圍相比較小范圍內，使波導寬度在2至5微米范圍內即可實現(xiàn)。圖36的結構使已切換光分布波導的大叉指陣列成為可能。整個結構980沿一對輸入波導復制多次，用交替來源(圖形rentage)的小圖形產生一組交錯輸出波導(本文中，來源是指從一特定＂來源＂輸入波導得到的光功率)。每個輸入波導可連接到大量輸出波導，只要切換元件具有很小的介入損耗，如同上面列出和在此描述的元件的情況。由于不對稱交叉結構，在其它波導(包括附加切換器、微型反射鏡、不對稱波導交叉、和交錯輸出波導)上方增加更多的輸入波導不明顯增加較低輸入波導的損耗或影響其在長距離上向許多輸出波導分配光的能力。它將適度地增加每個附加輸入波導所需的光源功率，以便向其相應輸出波導的端部傳送相同功率?？善叫惺褂煤退笠粯佣嗟妮斎氩▽б苑峙浔M可能大的總的光功率。其輸出波導可使用圖36的方法以許多不同圖形交錯。使用光柵反射器代替TIR切換器可得到相同結果。如果光柵反射器相對于輸入波導以較大的角度定向，則不再需要微型反射鏡。上一段描述的結構是一種一對多構造，其中每個切換器一個輸出伴隨每個輸入多個切換器。無法將許多輸入連到同一輸出。需要一種多對一構造。通過組合一對多和多對一構造獲得多對多構造。圖37示出有TIR切換器的波導陣列1060排列成多對一構造。所示結構中，兩個輸入波導1072和1074將兩輸入光束1062和1064切換成一個輸出波導1076中的一個輸出光束1070。輸入TIR切換器1090和1092，以及輸出切換器1094和1096已在前面參考圖30-32和36描述，因此僅將其概略示出，為清楚起見省略許多元件(例如電極、接點、功率源、控制器、垂直限制器件、極化區(qū)深度、輸出波導限制類型)。如參考圖36所述，輸入TIR切換器被排列成以正向傳播光束，而輸出TIR切換器被排列成以反向傳播光束。切換器1090和1092基本上同時切換，如同切換器1094和1096，由于需要二者完成將功率注入輸出切換器1076。如參考圖36所示，當切換器1090或1094導通時，光束1062和1064的一小部分分別切換到波導1078或1084。剩余的輸入光束沿輸入波導的延伸傳播到一輸出路徑成為光束1066或1068，其可被用于其它元件或將其束流收集器以吸收或散射到系統(tǒng)之外。設置微型反射鏡以便將來自波導1078和1084的光束分別反射到波導1080或1086。在其導通狀態(tài)下，TIR切換器1092或1096接收分別在波導1080或1086中傳播的光束，形成輸出光束1070。如果需要將光束1062切換到輸出光束1070，很顯然，切換器1096和所有后續(xù)切換器必須斷開。(否則，將所需要的大部分光束反射出波導1076)。在多切換器陣列中的所有其它切換光束也適用類似限制。如在此所述處理基片1098，以產生所說明的結構。當切換器1090或1094切斷時，輸入光束通過切換器區(qū)1090或1094傳播，其損耗可忽略，然后橫向于波導1076(如果需要，在不對稱交叉中)，并分別以輸出光束1066或1068出現(xiàn)，可作為附加切換器的輸入。也可提供附加輸入波導，耦合到波導1076(或如需要可不耦合)，在輸出光束1070方向以修改方式重復該結構。也可提供附加輸出波導，如果需要耦合到輸入波導1072和/或1074，在光束1066和1068方向以修改方式重復該結構。圖38以多對多構造示出光柵反射器陣列1210。在所示結構中，兩個輸入波導1222和1224將兩輸入光束1212和1214切換成靠近或接觸該輸入波導的兩個輸出波導1226和1228中的兩個輸出光束1220和1221。包含光柵1238、1240、1244和1246的光柵TIR切換器1230、1232、1234、和1236已在前面參考圖7、8、12、和13描述，因此僅將其概略示出，為清楚起見省略許多元件(例如電極、接點、功率源、控制器、垂直限制器件、極化區(qū)深度、極化區(qū)錐狀或電極間隔)。當切換器1230或1232導通時，光束1212的一小部分分別切換到輸出光束1220或1221。剩余的輸入光束沿輸入波導的延伸傳播到一輸出路徑成為光束1250，其可被用于某些其它元件或將其束流收集器以吸收或散射到系統(tǒng)之外。當切換器1234或1236導通時，光束1214的一小部分分別切換到輸出光束1220或1221。剩余的輸入光束沿輸入波導的延伸傳播到一輸出路徑成為光束1252，其可被用于某些其它元件或將其束流收集器以吸收或散射到系統(tǒng)之外。如在此所述處理基片1248，以產生所說明的結構。當切換器切斷時，輸入光束通過開關區(qū)(如果需要，其中波導可構成為不對稱交叉)傳播，并分別作為輸出光束1250或1252出現(xiàn)，可作為附加切換器的輸入。波導可相互以簡單的大角度結合，或可以是實質上不影響光柵1238、1240、1244、和1246位置的不對稱交叉。應指出，實際光柵可以是覆蓋基片和由所要求電極僅在不同切換器區(qū)激發(fā)的單個大型光柵的一部分。例如，如果光柵由極化疇構成，這樣可允許整個基片極化為光柵所用，可使生產更簡單。另一方面，可將光柵排列成條紋狀或其它組群。也可提供附加輸入波導，耦合到波導1226或1228(或如需要可不耦合)，在輸出光束1220和1221的方向以修改方式重復該結構。也可提供附加輸出波導，如果需要耦合到輸入波導1222和/或1224，在光束1250和1252方向以修改方式重復該結構。圖39A示意地示出另一種切換器陣列在n×n通信路由選擇應用中的應用實例。在該應用中，輸入光通道中的光功率以最小損耗和最小串話路由選擇到輸出光通道?？刂破髟趦赏ǖ乐g建立可編址路徑。通過重復圖38的結構形成一簡單的方形陣列，直到n個輸入排列在左側和n個輸出排列在底部，切換器位于波導所有n2個相交點處。交角可以是任何適宜角度。在該結構中，通過激發(fā)切換器之一實現(xiàn)將一個通道切換到另一個通道。光束在波導交叉處以較小串話量相互交叉，，可通過使波導幾何形狀最佳減少串話量。該結構能夠在任何輸入和任何輸出之間獨立地一對一連接。還應指出，該連接可以是雙向的，以便實際上可以同時在兩個方向同樣使用通過通道。所示切換器作為光柵的特定應用，但也可用如參考圖37所述的雙TIR切換器通過復制圖37的結構形成n×n輸入和輸出，或用已知或已發(fā)現(xiàn)的任何其它光切換技術來將其實施。應指出，在TIR切換器的情況下，光數(shù)據(jù)路徑不通過輸入和輸出波導之間相交頂點，而是通過相交處附近的另一個波導。根據(jù)切換器的特定幾何形狀，輸入和輸出波導可以如圖37、38、和39所示大角度，或一斜角相交。在波導傾斜相交的情況下不需要雙TIR切換幾何形狀中的固定反射器1088和1082。在該帶有n個平行輸入波導的簡單方形幾何形狀中，有一個輸入波導通過單個切換器連接到最近的輸出波導，形成具有最低損耗的最好情況。在另一個極端方面，有一個波導必須橫向于切換到最遠輸出波導的2(n-1)個波導交叉。這種最壞情況的連接將比最好情況的連接具有高得多的損耗。為減少切換器陣列結構的最大介入損耗，可采用參考圖36所述的不對稱交叉連接。在每個波導交叉在其橫向于沿輸入或輸出波導中的一個的光傳播方向定點的不對稱交叉最好地幫助最壞情況連接的損耗。很明顯，由于在中間結合中不對稱切換器的使用將以其它切換器為代價幫助某些切換路徑，該結構不能在內部波導普遍化。需要一種選擇不對稱交叉最佳方向的算法。一種配置不對稱交叉的好方式是在每個方向定點大約一半交叉。觀察到對角線左上方上的n(n-1)個交點(不包括對角線)主要用于向右側分配能量。這種交點因此應沿輸入波導方向定點而右下方的交點應定點在輸出波導的方向。在雙向結構中，對角線上的交點應是簡單的對稱交點，在此被稱為不對稱交點的簡單對角線排列。根據(jù)不同應用圖形可使用其它排列，但這對一般目的的排列較好。一個n×m(其中n)m)排列僅允許n個＂輸入＂線和m個＂輸出＂線之間的全連接線。在此，由于所有線路是雙向的，＂輸入＂和＂輸出＂僅用于識別目的。附加的n-m＂系統(tǒng)＂線路可用于監(jiān)控和廣播功能中的系統(tǒng)控制。例如，如果線路A希望連接到線路B，它將針對該功能發(fā)送系統(tǒng)請求，直到應答。例如，線路m+3可用于掃描系統(tǒng)請求的所有＂輸入＂線路。(為提供類似線路來監(jiān)測＂輸出＂線路，需要大型矩陣線路，例如圖39A所示的n×n矩陣，其中m×m個線路子群中的m條線路提供給用戶。一條線路，例如線路n-2可用于監(jiān)控＂輸出＂線路)。在監(jiān)控中，系統(tǒng)將接通對應于＂輸入＂或＂輸出＂線路的連續(xù)光柵，并檢測線路是否運行。如果所監(jiān)控的線路中任何一條運行，通過依次接通與監(jiān)控檢測器在同一線上的光柵可使某些功率切換到監(jiān)控檢測器。一條運行的線路具有將其連接到另一條所選線路的激發(fā)反射器。然而，通過激發(fā)反射器時將泄漏一些功率，形成可由監(jiān)控檢測器檢測到光束。當本實例中連到線路m+3的監(jiān)控檢測器將切換器1255(為具體起見將其畫成一個光柵切換器)切換到導通并從線路A接收請求，控制系統(tǒng)將檢測線路B是否忙。當該連接通過切換器1253到線路n-2時，通過線路B連接切換器泄漏的殘余光束將警告系統(tǒng)線路B在運行中。如果未檢測到運行，系統(tǒng)請求將發(fā)送到線路A和B二者(如果其具有多路發(fā)送/接收能力可能通過同一監(jiān)控線，或可能通過分離的系統(tǒng)線路)，切換器1254可閉合以建立連接。由于即使部分地接通與來自給定輸入的所有輸出對應的所需行的切換器將干擾其它信道之間某些已建立和可能會運行的通信連接，用于一對一連接的基礎m×m切換單元內的線路不適用于廣播功能。從作為圖39A所說明的m×m切換單元＂外側＂的系統(tǒng)線路最適合于廣播。(幾何形狀的＂內側角落＂是＂輸入＂側上的線路1和＂輸出＂側上的線路1之間具有最低損耗的波導連接的最好情況)。以廣播為例，所示線路C借助光柵1256運行地連接到圖39A中大多數(shù)或所有＂輸出＂線路。線路C上的切換器1256必須僅部分導通，以便有足夠的功率傳送到每個＂輸出＂線路。可使用類似的協(xié)議以防止廣播時在簡單通信連接情況下信道之間沖突。僅用不起作用的信道建立廣播連接，系統(tǒng)可將信道組合在一起和/或等待單獨信道以便允許對它們廣播。為提高切換效率，波導可為較大的多波型波導，在單波型通信網(wǎng)絡的情況下用別處描述的絕熱擴展器連接單波型輸入和輸出端口1至m。上面參考圖39A描述的整個結構可作為非同步傳送波型切換器，或任何點對點通信應用。該結構的一個有效變化是用于WDM網(wǎng)絡中的多波長操作?？墒褂脴O化光柵切換器，或使用調諧進入和離開特定通信頻帶的可調諧固定光柵如在此所述來實施波長選擇光切換器。在WDM網(wǎng)絡中，所需要的是在信道之間切換特定波長，而不影響可能在同一信道中傳送(雙向)的其它波長。對于可選擇反射頻率同時在WDM光譜中實質地傳輸其它組頻率的可調諧切換器，圖39A的簡單幾何形狀是合適的。然而，如果使用單操作頻率的切換光柵，每個波長需要分開的連接路徑。圖39B示出帶有分開路徑的切換WDM通信網(wǎng)絡1260，用于網(wǎng)絡中使用的每個頻率。該實例用于雙頻率WDM網(wǎng)絡，但可推廣到任何數(shù)量的通信頻率。圖39B示出連接到三個端口1a、2a、和3a的＂輸入＂波導1276，并示出連接到三個端口1b、2b、和3b的＂輸出＂波導1276。波導形成9個交點。在每個交點，有三個連接到每個＂輸入＂和每個＂輸出＂的附加光徑。在該實例中附加路徑相同，并包括三種類型。第一類光徑1266包括一對固定頻率切換反射器，兩個反射器可反射WDM系統(tǒng)的兩信號頻帶中的第一個。反射器最好是橫向于與該交點相關的＂輸入＂和＂輸出＂波導的光柵，并反射對應波導和連接到兩光柵的附加波導段之間第一頻帶中的功率。第二類光徑1268包括一對固定頻率切換反射器，兩個反射器可反射WDM系統(tǒng)的兩信號頻帶中的第二個。另外，反射器最好是橫向于相應波導放置的光柵，并反射對應波導和連接到兩第二光柵的附加波導段之間第二頻帶中的功率。第三類光徑1270包括一對頻率獨立切換反射器，兩個反射器可反射WDM系統(tǒng)的兩信號頻帶。第三類光徑可由波導和固定反射鏡連接的TIR反射器對實施(參考圖37所述)。這種情況下，端口1a、2a、1b、和2b加相關波導1276、1277形成一2×2切換網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡可在任何＂輸入＂端口和任何＂輸出＂端口之間同時切換雙頻通道。帶有相關波導1276，1277的系統(tǒng)控制端口3a和3b提供監(jiān)控和系統(tǒng)通信功能。例如，如果需要在端口2a和1b之間切換WDM系統(tǒng)的第一頻率，與第一類光徑1266相關在波導交點連接到端口2a和1b的兩切換器導通，通過連接兩切換器的波導在端口2a和1b之間在第一頻率路由選擇光功率。如果與給定端口相關的所有頻率被路由選擇到另一端口，切換器和第三類光徑1270則在與兩端口對應的交點導通。由于切換任意兩信道之間之間的兩WDM頻率，可觸發(fā)兩個對應光徑1266和1268，因此在2×2網(wǎng)絡中光徑1270實際是多余的。然而，在具有許多WDM頻率的更高級通信網(wǎng)絡中，由于其將具有最小損耗，一個單的全頻連接是所要求的。圖40顯示了一種二維一對多路由結構。第一行波導路由切換器將光功率從一個輸入波導連接到象素波導的列中。這里也沒有顯示切換器的細節(jié)；只是將它們示意性地顯示為光柵，但可以用幾種不同的方式使用它們。一個二維的“象素”切換器的陣列按規(guī)定路線將能量發(fā)送到象素波導以外的“象素位置”。(這個在能量位置產生的結果取決于應用。)利用二級切換以到所有的象素。這種結構可以用于顯示器，以激活或控制過程或裝置，或讀取某種形式的數(shù)據(jù)。在后面這種場合中，能量流的方向被反轉，并且該裝置運行為一種多對一路由結構。輸入光束1342在一個輸入波導1352中傳播，并被切換元件的二維陣列1356中的一個切換元件耦合到許多象素波導1354中的一個?？梢园亚袚Q元件1364用作如前面參考圖7，8，12，13和38所述的光柵切換器，或可以把它們用作前面參考圖30-32和37所述的TIR切換器，或把它們用作其它任何可切換元件。所示的光束被切換元件1358切換到一個象素波導中，在那里切換元件1360第二次切換，形成傳播到象素元件1362的光速1346。可以由所示的波導段將象素元件1366與波導1354隔開，或它們可以在一個很短的距離上緊靠波導，使得幾乎沒有切換的光繞過象素元件。在顯示器應用的情況下，所述象素元件可以是用于產生出自基板1348的光1342的輻射.該象素元件可以是處于基片1348表面上的粗糙斑點(patchs)，或斜角微型鏡面，或用于光散射的粗糙斜角微鏡，或熒光凹點，或產生可見光的其他器件.在顯示器的情況下，輸入光束1342可以包含幾種顏色，在這種情況中，所述波導能夠波導向所有的顏色，所述切換器能夠耦合所有的顏色.順序地對波導切換器掃描，以產生顯示器的圖象.光柵切換器可按多周期光柵實現(xiàn)，但TIR切換器用于此目的不需要什么修改.如果為單模波導，則它們必須有效地波導向最短波長的光束.最好對該輸入光束1342進行外部調制(包括其所有的顏色成分)，以便轉換元件是單純的開-關器件.注意，如果象素元件以約直線的方式設置，且是可沿行電連接的，則可以跨越各縱列波導設置一單排電極，以激發(fā)一行象素切換器。在投影顯示器的情況下，需要一個附加透鏡，以收集由陣列中所有象素發(fā)射的光，并把它們重會聚到距該透鏡一定(大的)距離的屏幕上.該透鏡最好應該具有一個良好的軸外特性，以便在屏幕上聚焦面被合理地變平，和它應該具有一個足夠大的數(shù)值孔徑(NA)，以收集由該象素陣列輻射的光的大部分.把一個透鏡矩陣耦合到象素結構上以減小由各個透鏡產生的光束的散射將是有利的，從而減小在投射透鏡上的(昂貴的)NA需求。實現(xiàn)這種情況的另一種方式是再使波導遞減到象素的最大可能尺寸。把象素遞減到大的橫向尺寸是相對容易的，但獲得一種深波導是困難的?？赏ㄟ^把一個寬波導與一個長光柵耦合器耦合來形成大的象素。在路由選擇結構中分布的光也可被用于激發(fā)過程，例如在DNA讀出器或過敏癥讀出器，或蛋白質讀出器的情況下。在上述的每一種特定情況中，利用可被光激活的熒光標記制備DNA或過敏癥或蛋白質的分離陣列?？蔀槊恳幌笏仄陂g的激活按排一種分子或分子的一種制備。在不同象素期間對光進行電掃描，該掃描的速度和順序可根據(jù)結果確定?？蓪晒膺M行收集，以便通過一個外部透鏡和檢測器進行檢測。然而，對于一些應用來說，收集和把發(fā)射的輻射波導向到一個光能檢測裝置以及對源光的輻射進行控制，對于象速(和其透鏡)和波導結構本身是有利的。取決于所需的光照和收集形態(tài)，該透鏡可以是準直透鏡，重聚焦透鏡，甚至是可以想到的能產生發(fā)散光束的透鏡。通過透鏡的焦距把準直透鏡與波導的一端分開，以便該發(fā)射(和收集)的光束基本是平行的。如果存在將由質詢光束往返移動的大量材料，準直透鏡是非常有用的。通過物距把重聚焦透鏡從該波導的一端分開，該物距的倒數(shù)與象距的倒數(shù)和焦距的倒數(shù)之差有關，其中象距是從透鏡到所需成象光束點的距離。如果需要把取樣集中到一個小的光點上，和照射和或從波導讀取它，則要使用重聚焦透鏡。利用一個由小于其焦距之距離與波導分開的透鏡生成散射光束。如果接近透鏡的波的散射在兩個平面上是不同的，則自該透鏡輸出光束不必是環(huán)繞的。產生光束環(huán)繞的最簡單方法(對于在重聚焦后的最小光點)是在該波導的一端實現(xiàn)環(huán)繞光束開始，這可通過對波導進行設計實現(xiàn)，或通過逐漸縮小波導來實現(xiàn)。該透鏡最好具有合適的數(shù)值空徑，以允許來自波導的整個波，和根據(jù)應用把其聚焦到一個衍射受限點或準直光束。象素元件1362可以是上述情況中的任何一種元件，它可以與要被激活的材料直接結合，或通過與該材料已結合的一外部片配合間接地結合。每個象速元件可包含一個如上所述的準直透鏡，以便一切換器陣列可以通過在一基本公共的聚焦面中的成象光束點與一個透鏡陣列耦合。(在這種情況下，基本公共意味著在真聚焦面的瑞利(Rayleigh)區(qū)域內的上下，由于象差它可能大大地發(fā)生了畸變)。如果所述路由選擇結構也被用于檢測熒光輻射，則在象素元件1362中最好使用一種反射體來取代散射體，該反射體把輻射耦合回其所來自的波導。只要用于某一給定象素的切換器被激發(fā)，這種耦和就被維持。如果需要，可在切換到另一象素元件之前將光源切斷，以便解決輻射的衰減。當被作為數(shù)據(jù)讀出器使用時，光傳播的方向從圖40中所示方向反過來。來自一設備包括數(shù)據(jù)的光在各象素元件被收集，并被耦合到路由波導結構，該路由波導結構，將其波導向回輸入波導1352。被連接到波導1352的是一個用于讀取數(shù)據(jù)的檢測器。該檢測器經位于波導1352與用于數(shù)據(jù)媒體照明的光源之間的一個分光鏡可被同時連接到該波導。象素元件1366(或只是＂象素＂)最好經透鏡與各數(shù)據(jù)光點耦合，以收集選定路由通過結構1350的光，并將其送到數(shù)據(jù)媒體。耦合的透鏡還用于收集從該數(shù)據(jù)媒體反射或發(fā)射的光，和將其重聚焦到與該象素元件耦合的波導的一端上。數(shù)據(jù)可以是在靶體積中，在此種情況下，透鏡可被構造成與光束平行，數(shù)據(jù)可以是在靶面上，在此種情況下，不同的象素元件可以對應著旋轉磁光盤數(shù)據(jù)存儲面(例如CD)上的不同軌跡。構造透鏡使其以一種衍射受限的方式把來自象素的光重聚焦到數(shù)據(jù)光點上。通過把不同的象素與不同的軌跡組合，可電子地實現(xiàn)逐軌跡地切換，基本沒有時延。不同的象素也可被耦合到數(shù)據(jù)媒體的不同面上。這對于讀取已被記錄在該媒體上的多個面中的數(shù)據(jù)是有用的，以增加整個存儲容量。各面之間的切換也可通過在耦合到不同面的象素之間的切換電子地實現(xiàn)。此外，幾個不同的象素元件可被集中到由(最好正交于)一給定軌跡的軌跡分割橫截面之幾分之一分開的各位置上。當軌跡偏移時，通過在象素之間切換可電子地實現(xiàn)正跟蹤，以取代機械地跟蹤。需要一個傳感器和電子設備對軌跡偏移進行檢測，需要一個控制器用于切換到所需的象素。可以對不同信道中的信號強度或信噪比(SNR)進行檢測，以確定最佳(對的最準的)信道。如果沿波導1352的轉換器被做成4通接頭而不是3通接頭，第四腿在基片的邊沿露出，則檢測器陣列1368可以按與該第四腿對準的方式設置。各個檢測器1367單獨地與各列對準，用于檢測來自每一列的返回功率。如果使用檢測器1367，為了使來自檢測器陣列1368上數(shù)據(jù)媒體的返回功率最大化，對于沿波導1352設置的光柵的最佳反射率是大約50％。如果在路由器結構的上游、波導1352中設置一個單獨的分光鏡，其最佳反射也是50％。注意，通過對沿輸入波導或象素波導的切換器部分地激活可實現(xiàn)不同象素的部分激活?？赏ㄟ^施加電場的方式對切換元件1364進行調整，以改變它們的反射系數(shù)。光束中的一些可通過供另一象素中同時使用的所需部分激活的切換器發(fā)送。多象素激活在軌跡偏移校正情況中具有特殊的意義，因為多個檢測器也可被構造在路由器1350中。例如，如果路由選擇結構1350的三個不同列上的三個不同象素要被同時激活，則它們的相應象素列切換器將需要被部分地激活。所述控制器需要進行計算，以確定合適的多個切換器的激活。忽略切換器的損耗，對于最佳SNR，為了在其各自檢測器上產生相等的強度，與第一象素列對應的第一切換器應被激活，以反射約3/16的入射光，與第二象素列對應的第二切換器應被激活，以反射約1/4的已通過第一切換器的剩余光，和與第三象素列對應的最后的切換器應被激活，以反射約1/2的已通過前兩個切換器的剩余光。假設來自媒體的反射為100％和100％的光收集效率，則大約15％的入射光被反射到每個檢測器。與單一象素的情況中單一檢測器上接收的光束為最佳25％比較，這一結果是相當不錯的(最佳切換器激活＝50％反射率)。確實，采用三個光束比僅用一個光束收集的光要多。電子跟蹤將產生更低成本、更快和更可靠的數(shù)據(jù)讀/寫設備?？梢圆捎眠@些方法(電子跟蹤切換，電子數(shù)據(jù)平面切換，和電子跟蹤)的任意組合提高數(shù)據(jù)存儲設備的性能。還需要一種方法來實現(xiàn)電子可變聚焦，用于從驅動裝置中潛在地除去所有機械的運動(除了媒體的旋轉外)。正如下面參考圖54所描述的，利用一個波帶片透鏡通過改變光束1342的波長可以實現(xiàn)電子可變聚焦。如圖所示，圖40的路由選擇結構是一個偏振結構,90°光柵切換器僅反射TM模式。結果，僅可以使用依據(jù)強度的分光方法。能夠使用偏振分光器將是非常有利的，因為這將在一給定光強度的信號強度中產生4倍增加的因數(shù)。然而，需要切換結構能夠轉移和然后分離這兩種偏振。雖然以一可忽略的充分切線TIR角可實現(xiàn)各TIR切換器的偏振關系(比這更低的角度用于TE波型的全內反射)，但是在使用很低的角切換幾何結構中存在著存儲密度損耗。圖41示出了一個被設置作為數(shù)據(jù)讀出器1370的與切換器有關的強偏振的線性陣列。所述切換器由被TM偏振和在激發(fā)切換器1372中被高反射的光束1342激活。使用波導1376和1378(諸如鈮酸鋰中的鈦散射波導)為兩種偏振進行波導向。象素元件由與集成透鏡1380組合的微型鏡面1347實現(xiàn)。數(shù)據(jù)光點(例如1382)被設置在繞軸1388旋轉的盤1386上的軌跡中。從該數(shù)據(jù)軌跡上的雙折射數(shù)據(jù)光點(或分離符)反射的垂直偏振光被透鏡1380收集，重聚焦回到波導1378,并由微型鏡面反射回到具有TE偏振的波導向面上。因為TE模兩者都以光柵的Brewster角被偏振和具有不同的非相位匹配的用于反射的傳輸常數(shù)，所以它通過切換器傳輸，不反射回檢測器陣列1368的檢測器1367。(可替換地，如果該切換器是一個TIR切換器，則TE波的反射率小小于TM波，大部分TE波通過該切換器發(fā)送，照射到該檢測器上。)如果另一切換器1373被激發(fā)而不是切換器1372，光束將傳播到不同的象素1375，并根據(jù)該象素1375與其微透鏡1381的校準被或者聚焦到另一數(shù)據(jù)軌跡，或者另一數(shù)據(jù)平面，或者同一軌跡但具有幾分之幾軌跡寬度的橫向偏差(根據(jù)該象素1375是否用于軌跡切換，數(shù)據(jù)平面切換，或跟蹤控制)。在參考圖40和41描述的結構上的許多變異是顯而易見的，諸如可對該路由器中的任何切換器定向，以改變光在該平面這中的傳播方向；在一單獨設備中可使用多種類型的切換器，以及可附加更高的切換電平。其他變異不勝枚舉。圖42示出了一個可切換集成譜分析器930。輸入光束進入輸入波導932一定距離后停止。輸入光束912可在另一波導中轉播，或它可以是一個被對準和模匹配的自由空間光束，以使到達波導932的功率最佳。設備930被提供有一個用于將轉播限制在平面內的平面型波導835。自輸入波導的端面射出的光束927在平面型波導內的一個平面中散射，直到其通過集成透鏡元件925為止。該集成透鏡具有一個相對于該平面波導提高了的折射指數(shù)，其中該平面波導處在一限定了自光軸約平方地減小光學厚度的邊界內。(若如果它具有一被降低的指數(shù)，則光學厚度約平方地增加。)該透鏡可通過掩膜衍射或離子交換制造，或者它也可以是一個由電極激勵的相反被極化段(reversepoledsegment)。透鏡925使光束對準，該光束然后轉到三個光柵部分929，931，和933中的至少一個。所述光柵由各個單元(cell)形成，每個單元為一個疇，從背景材料中將這些疇區(qū)別開來，并根據(jù)應用不同有不同間隔量。所述單元具有不同于基片的不變或可調整折射指數(shù)，且不同的單元可以具有不同的疇類型。不變的疇類型例如包括散射區(qū)域，離子交換區(qū)域，蝕刻區(qū)域，粒子輻射區(qū)域，和通常通過任何折射指數(shù)類型的改進方法形成的區(qū)域。所述光柵部分可通過蝕刻，離子交換，或向內擴散形成，在這種情況下，這些光柵是永久性的，但是在本優(yōu)選實施例中示出的光柵是由極(poled)域形成的。電極932，934，和936連同公共電極938一起被用于分別激勵所述光柵。為簡便起見，公共電極可被設置在如所示基片的對邊，或者圍繞電極932，934，和936設置，以用于低電壓激勵。在個別光柵中的單元可以形式按排，以在所需方向形成所需周期性，以提供具有所需動量的虛光子。它們可以按行排列，以限定某些特定平面，這些平面具有與由行間隔所限定之動量的平面垂直的虛光子動量。此時，沿具有由行中各單元之間隔所限定的動量的平面也將具有擁有動量的虛光子。為了使后向反射相位匹配，虛光子動量正好為入射光子動量的兩倍，并且以相反方向被波導向。任何其他反射過程有較小動量，而且被導向橫向于入射軸。因而，行間隔的周期Λ部分地與入射波長λ相關，其中Λ為量λ/2neff的分數(shù)。在一般情況下，單元可由一距離分布所隔開，而該距離分布隨著通過光柵的位置變化，以便使沿任何入射軸的虛光子動量由沿該軸分布的單元的空間頻譜(通過富里葉變換確定)所決定。通過調整相應電極的電位狀態(tài)，光柵929，931，或933中至少有一個被接通。在圖42中，光柵929被激發(fā)。被激發(fā)的光柵提供虛光子給入射光子，相位匹配散射過程到一輸出方向，以形成具有不同波長的多個輸出光束935和937，輸出光束依據(jù)其波長而在角度上被分開。來自被激發(fā)光柵929的輸出光束通過透鏡939，透鏡939將該輸出光束重聚焦到一個檢測器陣列941上。該檢測器是一組傳感器，被設置接收輸出光束的一部分以用于檢測，且最好是如圖所示地被粘在裝置930的邊緣上。然而，若需將裝置930集成到一個較大的基片上，該基片在此位置也可不需要有一邊緣。此時，可以使用其他抽取光束的方法(諸如垂直折射鏡子)以將光束935，937的一部分折射到檢測器陣列中。傳感裝置被大約設置在輸出透鏡939的聚焦平面的一個瑞利區(qū)域內，在此位置，輸入光束角可映射到輸出光束位置。由于光柵將輸入波長映射到輸出光束角，準直輸入光束導致不同波長在聚焦平面上要被映射到不同位置，而波長的空間解析度取決于光柵的特性。檢測所得功率(為陣列941中檢測器位置的函數(shù))與輸入光束921的功率頻譜有關。因此，裝置930是一個譜分析器。若輸入光束被分成占據(jù)數(shù)個不同頻道的信道時，它也可以是一個多信道檢測器，而該裝置被構成將信道分散到預定檢測器或一組檢測器。通過將不同光柵接通，本裝置在不同頻率范圍作用。例如，如果光柵931或933被激發(fā)，則分散光被透鏡939聚焦到一不同檢測器陣列943或延伸檢測器陣列941的不同部分。光柵的頻率范圍由光柵到光束的角度及光柵的周期性確定。所示的光柵931到光束擁有一較淺角度，以便使其被激發(fā)時選定一較高光頻率范圍。光柵933具有彼此橫向的多周期性，以便能夠選擇多個重疊頻率范圍。多個頻率可被映射到極區(qū)邊界，如上文參考圖18所述。光柵933的極化元件一般可按排在垂直于兩主要虛光子動量方向的平面上。平面的定相是由將所需光柵分量頻率抄錄到疇邊界的過程來決定。然而，一般光柵可在所有方向有動量分量，在此種情況下，造成的疇邊界不會組織到平面內，除可能在一主要方向上外。透射光913被集成透鏡907再聚焦到一輸出波導段909，以形成輸出光束911，其包括并未與光柵交互作用的輸入光束921的帶外部分的至少一部分。已切換范圍頻譜分析器的一項有用變化與圖42和30-35的元件組合，其基本概念源于這樣一個事實，即光柵的頻譜范圍可通過改變其角度或等效于該源點而被位移。在此變化中，其使用一波導路由選擇結構以允許該源點被切換。波導切換器被設置在輸入波導923(而且可能在發(fā)射波導)上的一個或多個位置以產生一平行源波導陣列，輸入光束921可在其中切換。所有波導都在同一平面上終止，最好是在輸入透鏡925的聚焦面上。頻譜分析器的其余部分保持不變，雖然具有多個輸入，但其不必要有額外光柵931和933。多個已切換波導的分隔依據(jù)應用而作調整，以達到分析器930所需的可切換頻譜范圍。圖43示出了一種被極化的聲波多層干涉結構953。入射聲波972可以是一主體或表面聲波。被極化結構被制造在一壓電基片965的區(qū)域955中，其包括兩種形態(tài)的疇963和964。眾所周知，極性反轉造成部分聲波反射(例如米勒等人的美國專利4,410,823)。到光束973的反射以及到光束961的透射被極區(qū)之間的界面的間隔所影響。若需要高反射和低透射，相鄰界面間隔應等于1/2聲波長的整數(shù)倍。若需要高透射且低反射地穿過一結構，該間隔應等于1/4聲波長加1/2聲波波長的整數(shù)倍。通過在一其中聲阻抗改變的界面附近提供適當數(shù)目的極區(qū)，可制造抗反射(AR)結構，假設反射波的相位被選定成與從該界面來的反射波相位不同但幅度相同。圖44示出了一種被極化的主體聲波換能器971。一入射聲束972入射在包含一對電極974、975的壓電性基片965的極區(qū)。該極區(qū)包括最好為相反的兩種疇963和964。通過每1/2聲波長反向極化方向，由聲波在每一極區(qū)所感應的電場可被選為相同。此時，可使用單電極來拾取感應電壓而非現(xiàn)有技術的交叉梳狀電極。使用電極974和975來檢測輸入波972的存在。輸出電壓(由導體979引出并可見于電子控制器978)隨正弦變化(對于一窄頻帶而言)而且是時間和與該聲波之振幅相關的振幅的函數(shù)。如上所述，若被極化的界面間隔為1/2波長，結構也做為一高反射器，在一給定實施中也許不需要。這一特征可通過在圖44中所示波長的1/4和1/3處交替地間隔界面消除。此時，該結構為一抗反射涂層，以消除不需要的反射。由于幾乎整個聲波穿入被極化的結構，其能量在該處可幾乎完全被吸入檢測電子設備，所述結構971為一個有效的聲能調諧檢測器。該結構的帶寬反比于聲波周期數(shù)目，其落在由電極覆蓋的被極化的結構內。其效率與在電極之下的聲路徑長度有關。因此，帶寬與檢測器的效率有關，而且可通過改變檢測器的尺寸而進行調整。結構971可做為一個發(fā)聲器，其主要是運行相反的過程。以要被激發(fā)的聲波之頻率在兩電極之間提供一個與時間有關的電信號?；膲弘娤禂?shù)在聲波頻率下產生一周期性張力且產生一對聲波，其中一個961在前進方向傳輸，另一個973賊在相反方向傳輸。若需僅產生一個波，可通過將裝置953和971合并制造一個高效單向發(fā)生器，而裝置953可被做成用于不需要的波的全反射器。如果該全反射器是與不需要的波夾90度角被定向，且被反射波相位選定成與所需聲波同相，則這兩個波將出現(xiàn)在同一方向上，如同一個單一波。圖44中的結構的一個變化是應變啟動式光交互作用裝置。在此裝置中，極取964和963由一應變場所激發(fā)，通過光彈性效應產生折射率的改變。現(xiàn)在，結構975為一個應變感應衰減器，其可在溫度上升下被沉積到基片965上，以便使薄膜和基片的不同熱膨脹系數(shù)在室溫下產生一應變場。該機械式應變場經光彈伸張器作用后，在基片中從疇到疇改變的折射率變化，再度產生具有成型折射率的基片，其也可以用于本文所述的其他場合。如果電極的沉積過程并不影響所需應變場，使用電-光效應的電場可與光彈效應合并。圖45的結構890為一對光波用的調諧相干檢測器。其調諧方式使其僅能檢測在一特定帶寬(大約所需中央＂共振＂頻率差)中的光波之間的頻差。在最簡單的情況下，該裝置被構造成在交叉梳狀電極885和886之間有相等的間隔，其形成具有周期為Λ的周期性結構。在一給定瞬間，出現(xiàn)在輸入光束887中的兩個輸入頻率在波導888中產生一電場的干涉圖形，其空間周期取決于光頻率差及基片889在光頻的折射率。在一頻差下，(此時干涉圖形的空間周期等于周期Λ)電極結構是處于諧振狀態(tài)，而且由于在波導頂部的感應位移電荷，電極將被激發(fā)到一電位差。頻率響應特性是與一正弦平方函數(shù)有關，而其諧振頻率由光頻差確定，兩光波在該處的被極化的光柵周期中的相移為2π。當電極結構被制定后，需要緩沖層891來降低傳輸光波的損耗。若其厚度遠小于周期Λ，在此實質上不能降低感應電位強度。干涉圖形有一低頻分量，其以兩光波之間的頻率差振動。因此，由電子控制器978經由波導線979拾取的電子信號也是在該頻差下振動。電子信號的幅度在諧振頻差下很大，且根據(jù)裝置帶寬而降到其他頻差，其與交叉梳狀電極結構中的脈動周期數(shù)目的倒數(shù)有關。交叉梳狀電極也可以構造成具有多頻分量，以便具有數(shù)個諧振頻率，或以便對響應帶寬進行修改。請注意此裝置也可對多階敏感。如果與1/2周期比較該電極是窄小的話，在諧振差頻的奇次諧波處將具有明顯響應。通過將指針彼此相對移動而使沿波導軸具有不對稱性，可以產生對偶次諧波的響應。較高階響應僅可在降低第一階響應下改進，這可通過將電極彼此相對置于中心和增加其帶寬而使其最小化，最后，波導888并不是嚴格地必須。它可以被省略，但被檢測波應該被帶到很靠近電極之處，以使信號拾取最佳化。圖46示出了一個低損耗切換式波導分離器780,該裝置有一永久Y型波導分離器774，其由一輸入波導段構成，該輸入波導段加寬進入一Y型接點且分支到兩個輸出波導段775和776，775和776可做為入射在輸入段的光的路徑。輸入和輸出段的寬度及指標最好相等。分離器780也有一被極化的結構778，其電-光系數(shù)位于Y形分離器774的區(qū)域內。極區(qū)778可為在基片頂端附近的一薄層，其可有多層，或可延伸通過整個基片。基片的其他部分可為被極化的或非極化的。一對平面電極777，779彼此靠近地設置在波導上方，其中一電極777覆蓋一輸出波導775的一部分，而另一電極779則覆蓋另一輸出波導776的一部分。電極為平面狀，以使制造便利及行使功能若其設置表面為平坦或彎曲，它們一致。電極777的邊緣781在很淺角在跨過波導775，且在Y形接頭處形成波導776的平滑連續(xù)內緣。同樣地，電極779的邊緣783以很淺角度跨過波導776，且在Y形接頭處形成波導775的平滑連續(xù)內緣。當電極彼此相對被激發(fā)而有一極性時，在電極777下方的折射率降低，而在電極779下方的折射率增加。結果，在電極邊緣781下方的一個激發(fā)區(qū)形成一波導邊界，將輸入光束789幾乎完全轉入輸出光束784，只有很少的功率漏入另一輸出光束782。電極779下方所增加的折射率有助于將光能導離邊界781。當在電極之間施加相反電極時，輸入光束幾乎完全轉入其他輸出光束782。若沒有施加電壓，假使結構對稱，則輸入功率被均勻分到兩個輸出端口。因此，此結構為3dB分離器，其可被電氣切換為一光束波導在低損耗下進入其中一方向。電極777，779在結構輸入處呈錐狀遠離Y形結構774，以形成朝向波導的漸進低折射區(qū)，使光損最小。靜電場分布的平滑作用在兩電極下方產生很平滑的折射過渡折射率?？缭捷敵霾▽нh離Y分支區(qū)域的電極最好與波導夾90度角以降低損耗。Y形分離器可按排成不對稱方式，在電場關閉時產生與3dB不同的分離比，這可通過增加其中之一波導的偏移角和/或降低另一波導的偏移角而完成。該切換功能操作幾乎如同有一不對稱結構和一對稱結構，假設有足夠大的電場施加到電極上。雖然有很大的不對稱性，吸光比率(接通波導中的功率與斷開波導中的功率之間的比率)可維持很大。然而，在不對稱切換式波導分離器的兩個腿處，光損將稍不同。因此，裝置780可構造成具有任何所需分離比率的分離器，而且可在良好效率及高吸光比率下被切換。此裝置可級聯(lián)以允許兩個以上輸出波導之間的切換。例如，若輸出波導775被連接到的一類似780的第二裝置的輸入端，其功率可被動或主動地被切入額外的一對波導。可以用類似于780的四組切換器(分別為1，2，4和8個)來完成十六條已切換輸出線路。這些線路之間的功率分配比在未切換狀態(tài)下相等，或為任何其他功率分配比。當這些切換器被激發(fā)時，可將一單一輸出波導接通，一單一輸出波導可被切斷，或是任何輸出波導組合可被接通和切斷。光在裝置中的傳播方向可反向，此時在輸出端口775和776中任一個上面的輸入可被切換以從輸入端口出現(xiàn)。若無施加電壓，在每一輸出端口的功率被耦合到輸入端口且有一衰耗(在對稱裝置的情況下為3dB)。當電場被接通時，處在＂接通＂波導中的功率在很低損耗下被連到輸入端口，同時，處在＂切斷＂波導中的功率很有效地從輸入波導衍射離開。所述＂切斷＂波導與該輸入端口基本上隔開?；蛘撸荤R象裝置可背對背地與切換器連接，使輸入波導結合在一起，形成一個2×2切換器或路由器。在任一對波導端口上的輸入可切換到其他對端口的任一波導。同樣地，可以進行級聯(lián)，以產生一n×n切換器/路由器。圖47示出了使用多極區(qū)的切換式波導分離器的替換實施例790。在此結構中，沿在Y形區(qū)域中各波導之邊界的已切換折射率差被加強，從而更佳地將光模限制到一更窄區(qū)，且使進入被切斷輸出波導的殘余耦合降低。沿Y形分離區(qū)的輸入波導774的每一側有兩個極區(qū)785和786，該極區(qū)之邊界787，788已淺角跨過輸出波導775和776，且在Y形接頭處形成波導776，775的平滑連續(xù)內緣。極區(qū)的邊界慢慢地從輸入波導處變細以允許電氣激發(fā)折射率變化的緩慢啟動，且它們在遠離Y形接頭(電場在此處實質上降低)處跨越輸出波導以降低光損。電極791，792實質上設置在極區(qū)785，786上方。一電位差被施加到電極上，以激發(fā)一電場，其為靜電形式且穿過電極之間和圍繞電極的空間。該電場穿透極區(qū)及周圍區(qū)域，引起光相應形式的折射率變化。該局部光折射率變化與局部電場方向及局部電-光系數(shù)的積有關。極區(qū)最好是由有相反極性的區(qū)所圍繞，此時其電-光系數(shù)的符號與周圍區(qū)域相反。在介面787和788處有尖銳的折射率變化，在波導其中的一側，折射率在介面處降低，以產生遠離低折射率區(qū)的波導向趨勢。對波導的另一側而言則相反。若施加的電場足夠大，則具有降低折射率的介面形成波導邊界。由于波導引介面平滑連接如同從極區(qū)跨越的輸出波導內側邊界的延伸，因而輸入光束被波導入該輸出波導。如果波導引邊界的曲率為漸進的，則進入＂切斷＂波導的光漏很低。在輸入處的損耗很低，這是因為極區(qū)緩慢地接近波導。在Y形接頭處的損耗很低，這是因為延伸到接合區(qū)之外的極區(qū)一部分降低了＂切斷＂輸出波導的的波導引效應，且加強了＂接通＂輸出波導的波導引。做為一種替換，極區(qū)可由未被極化材料所圍繞，在此，在介面787，788處仍有突然的折射率變化，使本裝置作用，但當極區(qū)是由相反極化材料所圍繞時，其折射率僅為所得之值的一半，使施加電場必須更高。以前所述的各種改變也可應用于本裝置。圖48示出了一個1×3切換器的主要設計元件，在此所示的設計元件顯示如何將圖46的裝置780轉變?yōu)橛幸粏我粯O區(qū)和成型電極的1×3切換器。此裝置包括一永久分支波導，它具有所需的分支數(shù)目n(n＝3)。該波導通過一極區(qū)，此極區(qū)延伸到比波導更深處(用于良好吸光比率)而且明顯地到接合區(qū)之外，波導在該處是由大間隔隔開(例如其寬度的三倍)。數(shù)個區(qū)域是由波導邊界限定，通過其平滑地延伸回到輸入波導邊界內，以及通過其明顯地在接合區(qū)外一距離處跨越輸出波導的正常邊界。在此有(n2+2n-2)/2個如此限定的區(qū)。使最外面的一區(qū)延伸到最外側波導外之外是有用的，以使輸入變細。在每一區(qū)上方設有分開的電極，在所有電極之間有一小間隙，但該間隙足以防止激發(fā)時的電氣斷損。為操作本裝置，電場被獨立地施加到各區(qū)而其極性取決于相關區(qū)是否限制在所需波導內。例如，在圖48中的5個區(qū)則根據(jù)表I被激發(fā)。如前所述，電場大小被調整，以沿著以不同極性被激發(fā)的相鄰區(qū)的邊界產生一良好的波導引邊界。</tables>表I或者，圖48的設計元件也示出了如何將圖47中裝置轉變成具有多極區(qū)的1×3切換器，此裝置包含一永久分支波導，其具有所需的分支數(shù)目n(n＝3)。數(shù)個區(qū)域是由波導邊界限定，通過其平滑地延伸回到輸入波導邊界內，以及通過其明顯地在接合區(qū)外一距離處跨越輸出波導的正常邊界。使最外面的一區(qū)延伸到最外側波導外之外是有用的，以使輸入變細。每一區(qū)以與具有公共邊界的相鄰區(qū)相反方向被極化。有相同極化方向的區(qū)域可共用至多一個頂點。輸入波導區(qū)最好是相反于最內側之區(qū)(即最靠近輸入波導的區(qū))被極化。在圖48中，最內側的區(qū)被標為區(qū)2和區(qū)4，以區(qū)為基礎的極性的選擇程序造成只有區(qū)和4反向地被極化，同時區(qū)1，3，5(其為輸出波導區(qū))被正向極化(與周圍區(qū)方向相同，如果周圍區(qū)被極化)。若使用4個輸出波導，則有9個區(qū)，其中6反向極化，包括所有的輸出波導區(qū)。因此，偶數(shù)個輸出波導的分離器有一些優(yōu)點，因為只有偶數(shù)分離器的輸出波導區(qū)極化相反于一電壓基片極化，其優(yōu)點為在最終分割點有增加限制而且有較高透射以用于＂接通狀態(tài)，而且在＂切斷＂狀態(tài)有較佳的反向隔絕。在每一區(qū)上方設有分開的電極。為操作此裝置，電場被獨立地施加到各區(qū)而其極性現(xiàn)為相反。極性是由以下兩因素決定相關區(qū)是否限制在所需波導內，以及下方極區(qū)的極性。例如，若施加一正極性到一正極化區(qū)產生折射率的增加，則其選擇規(guī)則為若一區(qū)正向極化，其電子激發(fā)極性選定為正(若該區(qū)是在所需波導內)或負(若該區(qū)在外面)；若一區(qū)反向極化(負)，其極性選定為負(若該區(qū)是在所需波導內)或正(若該區(qū)在外面)。表II中所示為區(qū)的最佳極化方向，此時n＝3且其三個輸出端口如圖48所示。1×n及n×n切換器的設計可從關于圖46，47和48的描述中得出。表II在此描述的平面組成元件可以被疊層成包括電-光控制的設備與波導組件的多層三維結構。通過交替鋪設或設置電-光活性的可極化薄膜(最好是聚合物)與緩沖隔離層(可以是介電材料或導電材料)，以制造上述的平面波導與切換器的三維構造。疊層的結構的優(yōu)點包括由被隔的更遠的波導元件所造成的串話隔離。疊層的結構還可達成更高的功率處理能力，因為更多的光功率可被分配在各層之中。如果希望在顯示設備中分配獨立的波導，也可使用獨立層。一旦被放在一適當?shù)幕?，使用以上所述的技術即可完成上述的活性光波導/切換層的極化。為了使一活性層與其他的活性層隔離，具有低指數(shù)的緩沖層是必須的，且被設計在與上述的平面垂直的方向中建立所需的引導。例如，可使用二氧化矽的緩沖層。接著的是一接地平面和一厚緩沖層，可利用一金屬層制造該接地平面，因為它與上述的光學活性層隔離。上述緩沖層還必須能承受施加在上述不同電極層與接地平面之間的電壓。在聚合物之中，一個大的區(qū)域可被極化，且通過如上所述的UV去輻射技術，所需區(qū)域被選擇性地去極化，以產生波導特性，即使在一透光緩沖層(例如二氧化矽已被鋪設)以后?；蛘?，可以電的方式來執(zhí)行極化。以聚合物而言，利用UV去輻射對一層進行的去極化將不影響在其后的一層，這是因為上述墊在下面的金屬接地平面所提供的屏蔽。然后利用標準掩膜和涂敷技術來設下金屬的電極與導電路徑，接著是另一介電緩沖層與下一活性層。上述緩沖層應被平面化以使在接下來的活性光波導/切換層之中的損失減到最少。只要給定裝置需要，上述添加層的過程可被重復。為上述被極化器件疊層制造活性路徑和電極所用制造技術的一種變異是在上述的電-光層涂上一絕緣層，隨后雜質被摻雜或注入到絕緣層，以利用標準攝影蝕刻掩膜技術在上述緩沖層內產生電導性圖形。把上述電極并入上述緩沖層可使疊層在一起的器件的厚度減到最小。由不同電-光活性材料組成的被混合的器件被用來改進制造復雜性。例如，包含波導器件的第一電-光活性層可被制作在一鈮酸鋰基片中，其還可用于支撐基片。接著為上述鈮酸鋰器件提供一緩沖層與電極層。隨后，把夾住一導電平面的兩絕緣緩沖層涂敷在所述器件上，隨后設置下一活性層，該活性層可以是一種可極化的聚合物。接下來的若干層如上所述地被建立，被極化和被構制圖形。在緩沖層之間的導電平面可作為電極以允許每一聚合物層的區(qū)域極化，且可使之前的若干層不受極化過程的影響。例如，疊層波導陣列可當做供自由空間光束操控用的轉向設備。被電子激發(fā)和可個別尋址的波導元件被緊緊地層疊在一起并與一源陣列對齊以形成可控制的定相陣列以發(fā)射光輻射。如前所述，可通過改變在被極化區(qū)域上的電壓對上述光束的相對相位進行調整。通過以線性等變率調整這些相位，從波導陣列發(fā)射的光可在上陣列的平面內快速被掃過。因而，在一平面上的器件的線性陣列可僅在該平面內掃描。然而，當被極化波導陣列平面被垂直地集成到一三維整體器件中時，自該器件發(fā)射出的光束可被引導在二維中。這種概念的一種延伸是使用一疊層波導光柵反射器所進行的對多模激光器棒陣列的模式控制。上述波導疊層被空間地吻合以對接一激光器二極管陣列。通過控制上述各元件的相位，多元件激光器棒的發(fā)射模形式可以被控制。例如，在不需要對單模波導限制的設備中，多?；蛘麄€陣列可被層疊在一起，以增加被切換的被極化設備的功率處理能力圖49示出了定相陣列波導疊層部分1630的一個實施例，為清楚起見，僅示出了波導的一個單列。光學輻射1640透過若干波導1638進入疊層1630，上述波導1638被做在電-光活性薄膜1650(諸如可極化的聚合物)中。在此，示出的輸入光束1640被間隔，以表示相同的波長但有不同相位的光束。光沿著波導1638傳輸，在其中它們遭遇被極化的區(qū)域1634，在該區(qū)域內利用在此所描述的技術，折射率可被電子地修改。光束1642表示在每一光波的相位單獨地被調整以產生輸出成分光束(其相位被對齊)以后的定相陣列的輸出。許多其他輸入和輸出波情況是可能。例如，具有平相位波前的單模激光束可照明波導元件區(qū)，其隨后施加任意的相位延遲跨過激光束的空間模式，由此允許該光束在自由空間中被電子地操縱。利用該方法的定向光束控制裝置將比當前機械的或A-O裝置更快速和更小型化。利用在此描述或本領域公知的光-電拾取裝置可檢測所述疊層器件內或外的相位差或多頻成分的存在，以便為一反饋環(huán)提供瞬時信息。以后述方式，通過交替地設置電極，緩沖層，和可極化材料，在這里表示的器件段1630被做在基片1632(例如二氧化矽)上。沉積一個寬面積平面電極1654(由不透明金屬膜或透明的導電性材料制成，例如銦錫氧化物)，隨后為一電絕緣緩沖層1652(例如二氧化矽)，該電絕緣緩沖層1652還做為構造在下層可極化材料1650中波導1638的邊界層。在該可極化材料層1650的上部，另一緩沖層1652被添加其上以形成上波導邊界，隨后施加用于激發(fā)被極化結構的成形電極1636。另一緩沖層1652隨后被添加，這次是使該成形電極與下一層-另一寬面積平面電極1654電絕緣。成形電極1636僅通過一厚緩沖層與一平面電極隔開，并通過緩沖層與可極化材料與其他平面電極隔開。因為需要跨越可極化材料施加電場，所以跨越可極化材料的電隔離應該小于僅跨越緩沖層的隔離。兩寬面積平面電極之間的分層順序被重復，直到最后一層可極化材料1650為止，之后，僅需要添加緩沖層1652,成形電極1636和光學的最終絕緣層1652以完成上述疊層。通過本領域公知的集成和接合技術電引線1646與1648分別接觸電極1636與1654，且連接到電壓分布控制單元1644。電壓控制單元1644具有雙重目的分別激發(fā)上述的被極化器件，和使它們與用來控制相鄰激發(fā)元件層的電場隔離。實質上，電壓控制單元1644可以是一些耦合浮動電源的集合，其中夾住一活性層的電極1636與1654之間的電壓可被控制，而無需改變任何其他活性層兩端的電壓差。區(qū)域1634表示一個具有一個或多個疇的被極化區(qū)域，電極1636表示一個未被打破的或被分段的或已繪制圖形區(qū)域，其具有一個或多個絕緣元件。波導疊層1630被描述成用于相位控制的設備，但波導疊層結構可以包括在此描述的被極化器件(光學上串聯(lián)或以其他方式構造)之組合的任意多個。圖50示出了一個現(xiàn)有技術的可調衰減器1400。一輸入波導1402橫切于基片1404的一電-光活性區(qū)域。輸入光束1406沿該輸入波導傳播進入一輸出波導1408，形成輸出光束1410。電極1412，1414和1416被設置在該波導之上，以便當電極1414在相對于電極1412與1416的一給定極性(正或負)被激發(fā)時，由于電-光效應，在上述波導區(qū)域段1418內、在上述電極之下和靠近該電極之處具有一折射率改變。該電極結構是任意的并可以是不同的且可比圖50所示現(xiàn)有技術的結構更復雜，但全部圖形的共同因素是當它們被激發(fā)到一電壓時，它們將降低在核心的折射率并增加周圍區(qū)域的折射率。當施加的電場不存在時，上述波導段的損耗是低的，其主要通過由沿所述波導壁的粗糙度引起的散射來確定。然而，當電場被施加時，上述損耗可被增加到一個非常大的值。三電極圖允許當一正折射率改變發(fā)生在該波導之外的同時，一負折射率改變發(fā)生在該波導之中，顯著地使折射率分布變平和變寬。當電場被提供時，在所述電極之下的波導1418的被修改部分從該波導的輸入1402和輸出1408具有很寬的最低階模式分布。結果，當輸入光束1416傳入部分1418時和當部分1418中的光耦合回到輸出波導1408時，模式耦合損耗都會發(fā)生。若折射率改變足夠大，該最低階模式降到截止以下，從波導1402的端面發(fā)出的光幾乎自由地繞射到基片上，在波導1408的開始造成大的耦合損耗。當一給定模式進入所述波導的被修改部分1418時，該被修改段的折射率分布的改變減小了在其強度分布和所述修改部分1418的任何模式分布之間的重疊。如果段1418是多模的，幾種傳輸模式與輻射模式將被激發(fā)。若段1418是單模的，則多種模式將被激發(fā)。這些模式的結合然后被傳播到該段1418的遠端，并耦合到輸出波導部分1408，在此，僅所述光的一小部分回到所述波導的一種模式中以形成輸出光束1410。通過控制施加到所述電極的電壓，可把在設備1400中的損耗從非常低調整成非常高?？杀猾@得的最大損耗依賴于所述折射率改變的大小，被激發(fā)區(qū)域的尺寸，它們的長度，以及取決于該輸入和輸出波導是否為單模還是多模的。在其幾何形狀的一種變異中，在波導段1418上僅可能設置兩個電極，從而減少該波導段中的折射率和使折射率增加到一側而非兩側。其功能是再次做為一個衰減器，但被拒絕的輻射場將傾向于離開所述設備而向著所述被增加折射率的一側。這種引導被損失的輻射的能力在希望對被拒絕光進行控制的一些系統(tǒng)中是有優(yōu)點的。一個吸收器還可被安放在段1418的下游(在一側或兩側)，以防止被拒絕光在系統(tǒng)中其他地方干擾其他功能。圖51示出了一個被極化切換衰減器1420。該設備為圖50所示現(xiàn)有技術設備的一種改良，其中被極化區(qū)域被用來增加折射率改變的解析度，并增加折射率的不連續(xù)性，由此增加在一單一階段功能獲得的衰減量。區(qū)域1422和1424以與周圍材料相反的反向被電-光極化。(做為一替換方案，周圍材料可以不被極化，或無光電系數(shù)，或其僅以與區(qū)域1422和1424相反的方向被極化)中央電極1426覆蓋在被極化區(qū)域與周圍材料上方。其被激發(fā)與電極1428和1430相關，以在極化區(qū)域1422，1424和周圍材料中產生一折射率改變。設備1420的工作方式與上述設備1400的工作方式類似。被施加電壓降低且使波導段1418的折射率分布加寬，降低了輸出波導1408的模式與在段1418中由輸入波束激發(fā)的模式之間的耦合。在這種構造中，在被修改的波導區(qū)域1448的開始，所述折射率分布的改變是很劇烈的，因此損耗較大。只要與被激發(fā)波導段1418耦合的模式異于與未被激發(fā)波導段耦合的模式，就可對被極化波導段1422和1424的數(shù)量和形狀進行改變。本設備可被做成在未被電激發(fā)的狀況下有高損耗，而在電激發(fā)狀況下調整到低損耗。在此種情況下，被電激發(fā)區(qū)域和/或被極化區(qū)域形成波導段1418的結構的一部分。波導段1418自身可以多種方式被構造，最引人注意的是若其不存在而完全無激發(fā)，在這種情況下，本設備與圖29的切換波導調制器相同。如上所述，這些設備可以級聯(lián)以增加最大的衰減。圖50和圖51的設備，也可被當做一種可變強度局部化的(＂點＂)光源。在波導1402中傳播的光被限制成只遵循該波導的路徑，直到一個電壓被施加到該電極結構為止。當通過改變折射率使波導效應降低或摧毀時，原先被限制的光束的部分或全部將依據(jù)自由空間衍射理論而傳播。該衍射光束將繼續(xù)以向前的方向傳播，同時光束區(qū)域在二維中擴展而大大于波導1408的核心。在遠離該電極結構的一適當距離之處，所述光束區(qū)域可占據(jù)基片孔徑的大部分，對于觀測者呈現(xiàn)為一個從靠近所述電極結構的空間位置而來的點光源。如果需要，可使用這種技術制造一種一維局部化光源。圖50和51中的波導段1418可被埋在一個利用現(xiàn)有技術制造的平面波導結構中，以便當一合適電壓電平被加到該電極結構上時，模的橫向限制被摧毀而所述平面波導中的垂直限制卻保留。因此，所述光束區(qū)域在一維中擴展，將光限制到一個窄平面上。圖52示出了一個具有加寬角的極化光柵的極化設備1500。所示用于加寬帶寬的方法是參考圖18等所描述帶寬修改方案的一種替換方案。如圖所示，一個周期結構1500具有若干極化區(qū)域1502,它們最好被極化到結構1504的一個極化區(qū)域，諸如波導和電極以及光柵的其他結構根據(jù)需要設置。疇1502跨越輸入光束傳播的中央軸線，其圖形可以是嚴格周期性的，具有50％占空比。該極化區(qū)域的頂面四周都沿著從一對齊點畫出的線對齊。在進入所述材料的一段距離處，各極化區(qū)域復制其表面形狀。其結果是一種具有極化的結構而其周期的改變與在所述極化基片中的橫向位置有線性的關系。射過該極化區(qū)域的輸入光束1508可以是一個自由傳播的高斯光束(如果這些疇被深度極化)或其可被限制在波導1512中。根據(jù)光柵的功能，該輸入光束可被耦合成一個被濾波的或頻率被轉換的輸出光束1510，或被耦合成后向反射光束1514。光柵結構中的周期范圍(由此到它的帶寬)取決于該光束的寬度和點1506距該光束的軸線的間隔。通過調整這些量，可在由適合上述光柵的第一階周期數(shù)量確定的最小值上充分地增加該極化結構的帶寬。對被極化邊界的最大所需角度有著限制，因而，圖52中所示結構不能無限制地擴展。然而，通過將幾個段級聯(lián)在一起能夠獲得一長交互作用區(qū)域。為了使各段之間的相干最大，沿光束中央軸線的疇的周期在各段之間的連接處不應被修改。雖然增加光柵的帶寬減少了交互作用的強度，但它卻讓使用該光柵的設備對小頻率漂移大大地不敏感。例如，使用角加寬光柵的倍頻器設備更能容忍溫度漂移。另一應用的例子是頻道下降濾波器，由于其必須使用強光柵，所以它傾向具有窄的帶寬。角加寬光柵的使用使得加寬的通帶能夠接受高帶寬的通信信號。所述角加寬光柵還能夠應用于以上討論的其他光柵結構中。有一些實施角加寬光柵的替換實施例而不遵循上述的圖形。例如，光柵周期的角與沿傳播軸線的距離之間的關系可能比線性的更復雜。對于大多數(shù)交互功率存在于所述光柵之一端的一些應用中，二次的或指數(shù)的變化可能更為適合。角加寬技術也適用于現(xiàn)有技術的光柵類型，諸如散射，離子交換，和被蝕刻的光柵。圖53示出了使用彎曲波導的另一角加寬設備。在此種情況中，極化區(qū)域1522具有平行的面，該些面的角相對于波導內的局部傳播方向是傾斜的。其次，利用經歷光柵的不同富里葉成分的波的不同成分使上述帶寬加寬。該彎曲波導具有比直波導更高的損耗，但并不需要大的曲率。圖53中示出的幾個部分可被連在一起，例如形成沿著一基本上直的線前、后蜿蜒的波導結構。圖54示出了一可控極化透鏡1530。同心設置的疇1532，1534，1536，和1538被極化到一電-光基片1540中，而其極性與該基片的極性相反。兩個透明電極1542與1544被放置在所述設備的相反兩面(在所述極化區(qū)域的上下)。當一電場被施加在兩電極之間時，該極化區(qū)域的折射率根據(jù)極性增加或減小。該極化區(qū)域的幾何形狀由聚焦給定色彩的光波的衍射需求確定。邊界之間的間隔隨半徑約平方地改變。例如，如果所述應用需要把平面波聚焦到一圓點上，則該極化區(qū)域將是圓的(用于相等地聚焦在兩個平面上)，且隨著所述極化區(qū)域的直徑增加，上述極化區(qū)域的數(shù)量被減小，因此上述極化區(qū)域被分開。所述極化區(qū)域的邊界由相對于在該透鏡結構的面上的輸入波的輸出波的相位確定。每次波的相對相位變化到π，一個極化區(qū)域邊界就出現(xiàn)。例如，如果來的波是一個平面波，則沿著該表面其相位是不變的。若出去的波是收斂的波(將聚焦在遠離所述面的一個點上)，則它基本為一球形波且在該球形波中的相位變化決定所述邊界。透鏡1530是具有根據(jù)所加電壓可調相位延遲的相位板，上述疇占據(jù)目標的Fresnel域。為了使一給定色彩的平面波聚焦，提供一足以使該平面波滯后(或超前)π的電壓。每種不同的頻率都具有由極化透鏡1530的不同的Fresnel域結構限定的不同焦距。較高的頻率具有較長的焦距。如果不是散射的話，每個波長都以同一電壓最佳地聚焦。該電壓可被調整，以對基片材料1540中的散射進行補償。若調整該電壓遠離最佳值，則被聚焦到所述點上的光的量被減少，因為來自不同域的光的相位不再最適宜地添加。它們將部分破壞性地干涉，減小了純強度。以上，參考特定實施例已對本發(fā)明進行了描述。對于本領域的技術人員來說，其他實施例是顯而易見的。因此，除了所附權利要求表明的以外，本發(fā)明并不受構成本發(fā)明所述部分的限制。權利要求1.一種利用圖形極化的介電材料控制波能的方法包括引導波能沿一傳播軸通過固體介電材料，所述固體介電材料具有一種不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化的結構并且形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件；和施加一個電場通過所述至少兩個所述第一類型的極化結構的所述元件造成所述至少兩個元件與所述波能相互作用。2.如權利要求1所述的方法還包括使所述至少兩個元件的選定表面在相互平行并且橫向于傳播軸的間隔的平面中對齊；和施加所述電場使其足以實際上反射全部的在至少一個標稱波長的所述波能，所述至少兩個元件作為一個電激活的反射鏡使用。3.如權利要求1所述的方法還包括使所述至少兩個元件的選定表面在相互平行并且實際上垂直于傳播軸的間隔的平面中對齊；和施加所述電場使其足以實際上反射全部的在至少一個標稱波長的所述波能，所述至少兩個元件作為一個電激活的反向反射器使用。4.如權利要求1所述的方法還包括使所述至少兩個元件的選定表面在相互平行并且橫向于傳播軸的間隔的平面中對齊；和施加所述電場激活所述至少兩個元件的部分反射，以通過所述至少兩個元件部分地反射波能。5.如權利要求1所述的方法還包括使所述至少兩個元件的選定表面在相互平行并且橫向于傳播軸的間隔的平面中對齊；和施加所述電場激活所述至少兩個元件，以通過所述至少兩個元件有選擇地修改相速。6.一種選頻能量束耦合方法包括在一種固體介電材料中沿一第一傳播軸引導一個第一能量束，所述固體介電材料有不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化的結構并且形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件；在所述固體介電材料中沿一第二傳播軸引導一個第二能量束，所述第二傳播軸橫向于所述第一傳播軸并且所述第二能量束與所述第一能量束相交；和在一個第一電極上施加一個通過所述固體介電材料的電場，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接極化結構的所述第一類型的所述至少兩個所述元件以引起所述至少兩個元件與所述第一能量束和所述第二能量束相互作用。7.一種在一個以第一傳播常數(shù)為特征的第一傳播模式和一個以第二傳播常數(shù)為特征的第二傳播模式之間轉換一個單頻率的能量波的方法，包括引導所述能量波沿一個第一傳播軸通過以選定的間隔表面橫向于所述傳播軸放置的不同疇的可電控圖形，所述疇與一個第三傳播常數(shù)有關，所述第三傳播常數(shù)等于第一傳播常數(shù)和第二傳播常數(shù)之間的差的量值；和向所述圖形施加一個電場以控制波型轉換。8.如權利要求7所述的方法，其中所述能量波是電磁波并且所述第一傳播模式和所述第二傳播模式是正交極化的，其中所述電場施加步驟包括調節(jié)電場以控制所述第一傳播模式和所述第二傳播模式之間的所述波能的耦合。9.如權利要求7所述的方法，其中所述選定的表面與所述第一傳播軸和所述第二傳播軸成一個預定的角度放置，所述方法還包括調節(jié)電場以定向耦合所述第一傳播軸和所述第二傳播軸之間的所述波能。10.一種沿一個傳播軸從一種固體介電材料激勵聲波的方法，所述固體介電材料有不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化的結構并且形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件，所述方法包括步驟施加一個電場通過所述第一類型的極化結構的所述至少兩個元件以引起所述至少兩個元件產生聲波能。11.一種改變選頻能量波的方法包括在一種固體材料中引導所述能量波沿一個第一傳播軸通過以選定的間隔表面橫向于所述第一傳播軸放置的不同疇的可電控圖形，所述選定的表面限定了一個光柵，所述光柵橫向于所述第一傳播軸放置；和向所述圖形施加一個電場以沿所述第一傳播軸把選頻能量反射到固體材料之外。12.一種用于穩(wěn)定一個具有利用圖形極化介電材料的光放大器的激光振蕩器的方法，包括步驟引導來自所述光放大器的光能沿一個傳播軸通過一種固體介電材料，所述固體介電材料有一個不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化的結構并且形成與一個第二類型所述疇交替排列的至少兩個元件；在一個第一電極上施加一個通過所述固體介電材料的電場，所述第一電極面對所述固體介電材料并且橋接極化結構的所述第一類型的至少兩個所述元件以造成所述至少兩個元件反射所述光能的一個選定頻率分量；和把所述選定頻率分量耦合到所述光放大器中。13.如權利要求12所述的方法，用于幅度調制所述激光振蕩器，其中所述第一類型的所述疇與第二類型的所述疇交替排列，所述第二類型是一個具有與所述第一類型的所述疇相反方向的極化結構，和其中沿所述光軸跨越所述第一類型疇的平均光程實際上等于跨越所述第二類型疇的平均光程，所述方法還包括調制所述電場以使所述選定頻率分量的振幅隨時間而變化。14.如權利要求12所述的方法，用于頻率調制所述激光振蕩器，其中所述第一類型的所述疇與第二類型的所述疇交替排列，所述第二類型是一個具有與所述第一類型的所述疇相反方向的極化結構，和其中沿所述光軸跨越所述第一類型疇的平均光程不同于跨越所述第二類型疇的平均光程，所述方法還包括調制所述電場以使所述選定頻率分量的頻率隨時間而變化。15.如權利要求12所述的方法，用于波型鎖定所述激光振蕩器，其中所述至少兩個元件在存在所述電場時形成一個光柵，其還包括步驟在一種頻率調制所述電場，該頻率是光在所述激光振蕩器中往返渡越時間的倒數(shù)的頻率的倍頻。16.如權利要求12所述的方法，用于根據(jù)波長分離光能，其中一個第一波導段穿過所述固體介電材料；一個第二波導段穿過所述固體介電材料并且靠近和平行于所述第一波導段；所述至少兩個元件橫向于所述第一波導段和所述第二波導段中的至少一個，并至少重疊于所述第一波導段和所述第二波導段中的光能的逐漸減弱的電磁場，所述方法還包括步驟施加跨越所述至少兩個元件的電場以引起所述第一波導段和所述第二波導段之間的光耦合。17.一種操作激光器的方法包括一個用于通過光能的固體材料，一個在所述固體材料中的輸入波導，一個沿一個光軸放置的基本反射器，多個在沿所述輸入波導的相交區(qū)與所述輸入波導相交的輸出波導，多個沿所述輸入波導放置在所述相交區(qū)的可電切換的光束再定向器(redirector)，每個所述可電切換的光束再定向器包括一個形成一個第一電極的第一導電材料，所述第一電極面對所述固體材料并橋接所述固體材料中的至少一個電活性元件，多個沿所述輸出波導放置的光柵限定了可電選擇的反向反射器并進一步限定了在所述基本反射器和所述光柵之間的空腔，一個沿一個光軸放置的光放大器，所述光軸穿過所述固體材料，和一個沿所述光軸放置在所述固體材料和所述光放大器之間的光耦合裝置，所述方法包括有選擇地同時激活多個所述再定向器以便支持在不同頻率的多個同時的操作。18.如權利要求1所述的方法，用于沿一光軸選頻切換光能，其中所述至少兩個元件沿一光軸形成一個第一光柵，其中所述第一電極與所述第一光柵相鄰放置并進一步包括一個沿所述光軸放置的第二光柵；所述第一光柵具有沿所述光軸的實際上等于所述第二光柵的一個第二周期的至少一個第一周期；所述第一光柵和所述第二光柵相隔一個預定的光程；所述方法還包括步驟可切換地施加通過所述第一光柵的控制電場以有選擇地使相當于一個標準干擾傳輸峰值的光能通過。19.如權利要求1所述的方法，用于對沿一光軸的光能的頻率調制，其中所述至少兩個元件形成沿一光軸的一個第一光柵，其中所述第一電極相鄰所述第一光柵放置并進一步包括一個沿所述光軸放置的第二光柵；所述第一光柵具有沿所述光軸的實際上等于所述第二光柵的一個第二周期的至少一個第一周期；所述第一光柵和所述第二光柵互相間隔一個預定的光程；所述方法還包括步驟可切換地施加通過所述第一光柵的控制電場以有選擇地使相當于一個標準干擾傳輸峰值的光能通過；和電調制沿所述光軸在所述第一光柵和所述第二光柵之間的光路長度。20.如權利要求1所述的方法，其中所述至少兩個元件形成一個第一光柵并進一步包括沿所述傳輸軸與所述第一光柵一同放置的第二光柵，所述第一光柵具有沿所述傳輸軸的實際上等于所述第二光柵的一個第二周期的至少一個第一周期，所述第一光柵和所述第二光柵間隔一個預定的光程，一個移相裝置放置在所述第一光柵和所述第二光柵之間以限定一個空腔，和一個沿所述傳輸軸放置的用于檢測具有至少一個第一頻率峰值的所述波能的光功率變化的光功率檢測器并且該光功率通過所述第一光柵和所述第二光柵，方法還包括步驟調節(jié)所述第一光柵和所述第二光柵之間的光路長度間隔以便調諧所述空腔的一個第二選定頻率峰值使其與穿過的光功率的所述第一選定頻率峰值相同；和將所述穿過的光功率作為光路長度間隔的函數(shù)檢測。21.如權利要求20所述的方法，其中所述第一光柵是可電控的，其進一步包括步驟向所述第一光柵施加一個電場以激活所述空腔。22.如權利要求1所述的方法，操作以產生來自一個光源的掃描圖像，進一步包括至少一個輸入波導段沿一所述固體介電材料的一個平面穿過所述固體介電材料；多個輸出波導段沿所述平面穿過所述固體介電材料，所述輸出波導段在多個相交處緊靠著所述輸入波導段；所述至少兩個元件形成多個電控光再定向器，每個光再定向器橫向放置于所述相交處之一；和在與所述輸出波導一致的所述平面上的選定位置處產生可見光用來響應入射光能通過所述輸出波導發(fā)射可見光到所述平面之外，所述方法還包括步驟順序地激活選定的各個所述電控光再定向器以將來自所述輸入波導段的光能按照所述順序反射到所述輸出波導段。23.如權利要求22所述的方法還包括步驟在激活各個選定的各個所述電控光柵的同時幅度調制所述光能。24.如權利要求23所述的方法，其中所述可見光包括至少一個在一個像素區(qū)內的選定位置上的選定的可見顏色，其進一步包括步驟按照所述順序產生所述光。25.如權利要求22所述的方法還包括步驟在激活選定的各個所述電控光柵的同時與沿光路損耗變化成比例地幅度調制所述光能以補償輸出不規(guī)則性。26.如權利要求23所述的方法還包括步驟在散射所述光能的同時按照所述順序無源反射所述光能到所述固體材料之外。27.如權利要求24所述的方法還包括步驟與所述順序同步地切換所述光的顏色。28.如權利要求22所述的方法還包括步驟倍增所述光的輸出的頻率。29.如權利要求1所述的方法，操作以將選定的可尋址位置的光信息讀取到一個光傳感器，其進一步包括步驟在多個光反射裝置接收光能以把光能耦合到多個輸入波導；順序地電激活選定的各個所述至少兩個元件以按照所述順序把光能從所述輸入波導段投射到至少一個輸出波導段中；和在所述光傳感器檢測所述光能。30.如權利要求1所述的方法，還包括步驟通過所述一個第一波導段投射一個光源的光能；順序地激活選定的各個所述至少兩個元件以將光能從所述第一波導段耦合到選定的第二波導段中；經過位于所述第二波導段一致位置的光反射器使所述選定第二波導段中的光能與一個物空間的選定目標位置耦合；和在一個光傳感器檢測反射的光能。31.如權利要求30所述的方法還包括步驟電調節(jié)投射到所述目標位置以及從所述目標位置投射的所述光能的聚焦。32.如權利要求30所述的方法還包括步驟當所述目標位置相對于所述光反射器移動時電調節(jié)投射到所述目標位置以及從所述目標位置投射的所述光能的投射角度。33.如權利要求30所述的方法，其中所述目標位置安排在軌跡中，其進一步包括步驟電調節(jié)經過一個單一光反射器投射到多個所述目標位置的所述軌跡的以及從多個所述目標位置的所述軌跡投射的所述光能的投射角度。34.如權利要求30所述的方法，其中所述順序包括實際上同時激發(fā)多個所述光柵，和進一步包括步驟實際上同時在多個所述光傳感器上檢測向后投射的光能。35.如權利要求1所述的方法，操作的作為包括在一個所述固體介電材料中的光束路由陣列結構和多個電極的結構中的光束的射束切換裝置，所述光束路由結構包括至少一個第一波導段沿一個所述固體介電材料的平面穿過所述固體介電材料；多個第二波導段沿所述平面穿過所述固體材料，所述第二波導段在多個交界處緊靠所述第一波導段；和其中所述第一和第二元件限定橫向于所述交界處放置并由所述第一電極控制的可電控的光再定向器；和其中所述電極在所述交界處面對所述固體材料；所述方法還包括當經過所述電極在選定的各個所述交界處施加電場時在所述第一波導段和選定的所述第二波導段之間可控制地反射光束以沿一可尋址路徑切換所述光束。36.如權利要求35所述的方法還包括耦合于至少一個至所述第一波導的光輸入位置的至少一個局部激光光源，進一步包括步驟經過所述第一波導段再發(fā)射數(shù)據(jù)作為所述局部激光源產生的第二光束。37.如權利要求35所述的方法還包括步驟引起所述光再定向器的可調節(jié)變化的操作使得與一個單一波導段相關的多個所述光再定向器可以是同時激活的。38.如權利要求35所述的方法，其中所述光再定向器是選頻的并被提供在所述第一和第二波導段的選定交界處，一個所述光再定向器用于一個選定的波長，其進一步包括步驟波長選擇地切換多波長的光數(shù)據(jù)。39.如權利要求35所述的方法，其中所述光再定向器是寬頻帶的并被提供在所述第一和第二波導段的選定的交界處，其進一步包括步驟同時地切換多波長的光數(shù)據(jù)。40.如權利要求1所述的方法，其中所述至少兩個元件放置在橫向于一個輸入波的傳播方向的一個三維結構中，所述結構有所述元件與一個表面在由一個輸出波相對于所述輸入波的相位增加而限定的位置相交的邊界，因而形成了一個可切換區(qū)片，該方法其中引導步驟包括橫向于所述表面定向傳播軸，和其中所述電場施加步驟包括在所述結構中造成一個足以產生一個修改了的相前的波的相速差的圖形。41.如權利要求40所述的方法，其中所述三維結構限定了具有在所述輸入波和所述輸出波之間整數(shù)倍π相位差邊界的所述元件的同心環(huán)，和其中所述電場施加步驟包括在所述輸入波中產生π相位變化。42.如權利要求41所述的方法，其中所述電場施加步驟包括調制所述電場以在聚焦點集中所述輸出波的功率。43.如權利要求40所述的方法，其中所述電場施加步驟包括調制所述電場以把功率調節(jié)到所述輸出波中。44.一種在一種固體介電裝置中可調節(jié)地調諧一個與一個能量束相互作用的頻率的方法，該裝置包括一種固體介電材料，所述固體介電材料具有不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化結構并形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件，所述至少兩個元件沿一個波束傳播軸相互間隔以形成一種圖形化結構，該圖形化結構在電場存在時產生相速的圖形化變化和沿所述波束傳播軸的相速的平均變化；和至少一個導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接所述第一類型的極化結構的至少兩個所述元件，該方法包括步驟利用所述第一電極結構建立一個通過所述介電材料的電場用于控制相速。45.如權利要求44所述的方法，其中所述電場建立步驟包括電聚焦一個光束。46.如權利要求44所述的方法，其中所述至少兩個元件限定一個光柵反射器和其中所述電場建立步驟包括頻移所述光柵反射器。47.一種用于在一個圖形化的極化介電裝置中可調節(jié)地調諧一個與一個能量束相互作用的頻率的方法，所述裝置包括一種固體介電材料，所述固體介電材料具有不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化結構并形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件，所述至少兩個元件沿一個波束傳播軸相互間隔以便在電場存在時形成一種圖形化結構；一種電場敏感材料面對所述波導放置作為一個覆層；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述覆層；所述方法包括利用所述第一電極結構建立一個通過所述覆層的第一電場；和建立一個通過所述介電材料的第二電場。48.如權利要求47所述的方法還包括步驟利用所述第一電極結構和所述覆層控制沿所述波導的相速；和利用通過所述介電材料的所述第二電場以形成所述圖形化結構。49.如權利要求47所述的方法，其中所述至少兩個元件限定一個光柵反射器和其中所述電場建立步驟包括頻移所述光柵反射器。50.一種在一個裝置中與一個能量束相互作用的方法包括一種固體無機材料，所述固體無機材料具有不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是極化結構并形成與一個第二類型的所述疇交替排列的至少兩個元件，所述至少兩個元件沿一個波束傳播軸相互間隔以形成一種圖形化結構，該圖形化結構在電場存在時產生相速的圖形化變化；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接所述第一類型的極化結構的至少兩個所述元件；該方法包括步驟利用所述第一電極結構建立一個通過所述介電材料的電場以控制沿所述傳播軸通過所述材料的相速。51.如權利要求50所述的方法，其中所述電場建立步驟包括憑借所述折射率變化電聚焦光束。52.如權利要求50所述的方法，其中所述電場建立步驟包括激活所述傳播軸的邊界作為波導邊界，所述電場相對于所述波導邊界內的折射率降低所述波導邊界外的折射率。53.如權利要求50所述的方法，其中所述電場建立步驟包括憑借相對于所述波導邊界內的折射率提高所述波導邊界外的折射率激活包括所述傳播軸的區(qū)域。54.一種利用立體光柵結構電控制光能的非鏡面散射的方法，光柵結構包括一種固體介電材料，所述固體介電材料包含不同疇的多個單元，一種第一類型的所述疇是極化的結構，所述多個單元放置在平行于一個第一軸的至少一個第一行和一個第二行中，該第一軸橫向于沿一個輸入光路的第二軸，所述多個單元沿至少所述第一行被一個與一個第一波長有比例關系的第一周期隔離，所述第一行和所述第二行被一個與所述第一波長有比例關系的第二周期隔離；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接至少兩個所述行，所述方法包括經過所述第一電極向所述多個單元施加一個電場激活所述光柵結構引起干涉以使所述光能的各部分非鏡面地轉向。55.一種利用立體光柵結構電控制光能的非鏡面散射的方法，光柵結構包括一種固體材料，所述固體材料具有一個不同疇的圖形，至少一個第一類型所述疇是一種極化結構并形成與一種第二類型的所述疇交替排列的至少三個元件，所述元件限定了多個單元，所述多個單元沿橫向于一個光路的第一和第二非平行軸被與打算沿所述光路引導的光能的至少兩種波長有周期關系的距離相互間隔；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接所述至少三個元件，所述方法包括經過所述第一電極向所述多個單元施加一個電場激活所述光柵結構引起干涉以使所述光能的一部分非鏡面地轉向。56.一種利用立體光柵結構分析光能頻譜的方法，所述光柵包括一種固體材料，所述固體材料具有一個不同疇的圖形，至少一個第一類型所述疇是一種極化結構并形成與一種第二類型的所述疇交替排列的至少三個元件，所述元件限定了多個單元，所述多個單元沿橫向于一個光路的第一和第二非平行軸被與打算沿所述光路引導的光能的至少兩種波長有周期關系的距離相互間隔；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接所述至少三個元件，所述方法包括步驟經過所述第一電極向所述多個單元施加一個電場激活所述光柵結構引起干涉以使所述光能的一部分非鏡面地轉向；和在一個光傳感器陣列的目標區(qū)域中光檢測光能的存在，所述陣列被用來檢測在由所述光柵結構相對位置確定的選定波長的光能的存在。57.如權利要求56所述的方法還包括步驟將所述固體材料中的平面波導裝置中的所述光能限制在一個所述固體材料平面的預定厚度之內，所述平面包含所述光路并橫向于所述光柵結構；通過放置在所述光路中的輸入端的輸入透鏡裝置將光能對準輸入到所述光柵結構；和把來自所述光柵結構的在所述預定厚度內的所述光路中的輸出光能在所述目標區(qū)域上聚焦。58.一種用于在一種結構中使至少一個第一類型的隨時間而變化的能量場和一個第二類型的隨時間而變化的能量場之間相互作用的方法，所述結構包括一種固體無機材料用來包含至少一個用于所述第一類型的隨時間而變化的能量場的第一傳播路徑；一個在所述固體材料中的穩(wěn)定的圖形極化區(qū)域，所述圖形極化區(qū)域是由交替排列的疇構成的，至少一個疇是一種定向類型的，操作所述圖形以便與所述第一類型的隨時間而變化的能量場和所述第二類型的隨時間而變化的能量場相互作用；和用于與所述圖形極化區(qū)域相互作用的緊靠著所述圖形極化區(qū)域放置并耦合于所述圖形極化區(qū)域的裝置，憑借所述第二類型隨時間而變化的能量場來完成在所述圖形極化區(qū)域內的至少兩個隨時間而變化的能量場之間的能量轉移，所述方法包括通過所述相互作用裝置利用所述第二類型隨時間而變化的能量場激活所述圖形極化區(qū)域以使所述圖形極化區(qū)域能夠與所述第一類型隨時間而變化的能量場相互作用。59.如權利要求58所述的方法，其中所述激活步驟包括向所述圖形極化結構施加一個作為所述第二類型隨時間而變化的能量場的電場來改變它的特征以便與所述第一類型隨時間而變化的能量場相互作用，所述第一類型的隨時間而變化的能量場是一個沿傳播路徑施加于所述固體無機材料的光場，所述特征在存在所述電場時形成一個光柵結構。60.如權利要求59所述的方法還包括沿所述固體無機材料中的一個第二傳播路徑引導一個第二光場；和用所述電場控制所述第一光場和所述第二光場之間的能量轉移。61.如權利要求60所述的方法，其中所述第一光場是所述第二光場的唯一光源，和其中所述控制步驟包括將一部分所述第一光場轉換為所述第二光場。62.如權利要求60所述的方法，其中一個第三類型的隨時間而變化的能量場是一個第二光場，和其中所述控制步驟包括檢測所述第一光場和所述第二光場之間的相互作用。63.如權利要求59所述的方法，其中所述第一類型隨時間而變化的能量場是一個沿傳播路徑施加到所述固體無機材料的第一光場，所述第二類型隨時間而變化的能量場是一個機械應力場，和一個第三隨時間而變化的能量場是是一個第二光場，并且其中所述穩(wěn)定的圖形極化區(qū)域是一個可用壓敏應力場控制的周期性光柵結構，該方法還包括利用施加在所述周期性光柵結構上的所述機械應力場控制在所述第一傳播路徑上的所述第一光場和沿一個第二傳播路徑的所述第二光場之間的能量轉移。64.如權利要求58所述的方法，其中所述第一類型隨時間而變化的能量場是一個沿所述固體無機材料的傳播路徑的聲場和所述第二類型的隨時間而變化的能量場是一個電場，并且其中所述穩(wěn)定的圖形極化區(qū)域是一個可用電場控制的周期性光柵結構，該方法包括經過所述相互作用裝置與聲場相互作用，所述相互作用裝置包括一個電極結構。65.如權利要求58所述的方法，其中所述疇按與波長相關的間隔排列，使得波能破壞性地干涉。66.一種控制固體介電材料中波能的方法，所述固體介電材料具有一種形成沿一個傳播軸相互間隔的第一光柵和第二光柵的不同疇的圖形，其中所述第一光柵和所述第二光柵具有實際上等于沿所述傳播軸的所述第二光柵的一個第二周期的至少一個沿所述傳播軸的第一周期，一個放置在所述第一光柵和所述第二光柵之間以限定一個空腔的移相裝置，和一個沿所述傳播軸放置用于檢測所述波能的光功率變化的光功率檢測器，所述波能具有至少一個第一頻率峰值并被傳輸通過所述第一光柵和所述第二光柵，所述方法包括檢測沿所述傳播軸通過固體介電材料的波能；調節(jié)所述第一光柵和所述第二光柵之間的光路長度間隔以便調諧所述空腔的第二選定頻率峰值使其與通過的光功率的所述第一選定頻率峰值一致；和把所述通過光功率作為光路長度間隔的一個函數(shù)來檢測。67.如權利要求66所述的方法，其中所述第一光柵是可電控的，其進一步包括步驟向所述第一光柵施加一個電場以激活所述空腔。68.一種在一個固體介電裝置中可調節(jié)地調諧一個與一個能量束相互作用的頻率的方法，該裝置包括一種固體介電材料，所述固體介電材料有一個不同疇的圖形，至少一個第一類型的所述疇是一個極化結構并形成一個元件，所述元件被沿一個能量束傳播軸間隔開以形成一種圖形化結構，該圖形化結構在存在一個電場時產生沿一個傳播周的相速中的圖形化變化；和至少一個第一導電材料形成一個第一電極，所述第一電極面對所述固體介電材料并橋接所述所述第一類型的極化結構的所述元件，該方法包括步驟利用所述第一電極結構產生一個通過所述介電材料的電場用來控制相速。69.如權利要求68所述的方法，其中所述的產生步驟包括在沿兩種類型疇之間的所述元件的邊界的相速中建立足夠的變化，使得足以在所述邊界上造成全內反射。70.如權利要求68所述的方法，其中所述產生步驟包括在沿兩種類型疇之間的所述元件的邊界的相速中建立足夠的變化，使得足以在所述邊界上造成與所述邊界相切的能量絕熱再定向。全文摘要光能轉移和能量制導的方法使用了電場(34)利用固體材料(25)中的一類極化結構(39)來控制能量傳播(44)?？梢孕纬杀∧せ驂K狀構造的光柵的極化結構可以與波導結合使用。向極化結構施加電場以控致光能的路由。涉及的技術包括可選頻切換和可調節(jié)調諧反射，分束，定向耦合，可調頻切換和有效波束組合，以及偏振波束組合?？烧{節(jié)調諧性是利用在可變電場存在條件下產生沿一軸線的可變折射率的空間梯度的極化結構獲得的。文檔編號G02F1/313GK1157659SQ95194991公開日1997年8月20日申請日期1995年9月7日優(yōu)先權日1994年9月9日發(fā)明者邁克爾·J·布林克曼,戴維·A·G·狄肯,威廉·K·比謝爾,西蒙·J·菲爾德申請人:狄肯研究公司