JPH10507846A

JPH10507846A - 電気的に制御できる格子反射鏡を備えたレーザ

Info

Publication number: JPH10507846A
Application number: JP8509725A
Authority: JP
Inventors: ディーコン・ディヴィッド・エイ・ジイ; フィールド，サイモン・ジェイ; ブリンクマン，マイケル・ジェイ; ビシェル，ウイリアム・ケイ
Original assignee: ディーコン・リサーチ
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1998-07-28
Also published as: WO1996008059A1; IL115216A0; EP0783781A4; KR970705855A; EP0783781A1; USRE37809E1; CN1158671A; US5504772A

Abstract

(57)【要約】１つまたは複数のレーザが、電界を使用して制御を行う光エネルギー伝達装置およびエネルギー案内装置と組み合わされる。光エネルギー伝達装置は、固体材料（１４６０）内のある種の極化構造を使用して格子、ミラー、レンズなどを形成することができる。極化構造は、ウェーブガイド構造（１４７６）と組み合わせることができる。極化構造に電界を印加することによって光エネルギーの経路指定、反射、屈折が制御される。調整可能な同調可能性は、可変電界が存在するときに軸（１４８９）に沿って可変屈折率の空間勾配を生成する極化構造（１４７８、１４８０）によって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】電気的に制御できる格子反射鏡を備えたレーザ発明の背景本発明は、電界制御を使用して光線を制御する光学装置に関連するレーザに関する。詳細には、本発明は、周期的な極化構造（分極構造、poled structure）を含む極化構造と、電極自体の間に印加された制御電界が存在するときに光エネルギーの制御された伝搬を可能にする電極とで構成された装置に関連するレーザに関する。本発明は特に、レーザ制御、通信、フラット・パネル・ディスプレイ、走査装置、記録・再生装置の分野に適用することができる。光ビームや音響ビームなどのエネルギー・ビームの相互作用を、電気光学（ＥＯ）材料や圧電材料における印加電界によって制御することができる。ビーム相互作用の電気的に制御された空間パターンが、あらゆる種類の切換装置または変調装置に望まれている。電界をパターン化することにより、電気光学効果または圧電効果を使用して、一様な基板内でパターン化された応答を行うことができる。しかしながら、電界に関するマックスウェルの方程式により、急激な場の変動は大きな範囲に広がることができない。材料の中には極化できるものがあるが、これはそれらの電気光学的および／または圧電応答を何らかの外部の影響に応じて配向できることを意味する。これらの材料においては、潜在的に広い範囲にわたってＥＯ係数の急激な空間変動を作り出すことができる。緩やかに変動する電界を急激に変動する（極化）材料と組み合わせることにより、新しいタイプのパターン化構造を製造し、使用することができる。極化可能ＥＯ物質は、固定ＥＯ結晶と比べて、制御しなければならない追加自由度を有する。通常、基板を極化させ、一様に位置合わせされた状態にしないかぎり、巨視的ＥＯ応答を観測することはできない。通常、一様に極化された構造は、分子が最初、秩序を有さないベース材料と、分子が自然に局部的に、ただし無作為に配向された巨視的ドメイン内でのみ互いに位置合わせされるベース材料の両方から製造されている。第１のタイプの材料の一例は非線形ポリマーである。第２のタイプの材料の例はジルコニウム酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、液晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）などの結晶強誘電材料など、焼結圧電材料である。非線形ポリマー極化は、◆Ｅ．ＶａｎＴｏｍｍｅ、Ｐ．Ｐ．ＶａｎＤａｅｌｅ、Ｒ．Ｇ．Ｂａｅｔｓ、Ｐ．Ｅ．Ｌａｇａｓｓｅ著「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃａｌｐｏｌｙｍｅｒｓ」（ＩＥＥＥＪＱＥ２７７７８、１９９１年）に記載されている。ＰＺＴ極化はたとえば、◆Ｍｉｌｌｅｒ等の米国特許第４４１０８２３号「Ｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｅｍｐｌｏｙｉｎｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ」（１９８３年１０月）に記載されている（液晶極化は、Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ著「ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ」ＳｅｃｏｎｄＥｄｉｔｉｏｎ（１９９２）（ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ）などの標準的な文献に記載されている）。強誘電結晶極化は、◆Ｂｙｅｒ等の米国特許特許第５０３６２２０号「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃａｌｒａｄｉａｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓｏｆｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｉｒｃｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎｓｉｎｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｂｏｄｉｅｓ」（１９９１年７月）に記載されている。極化ＥＯ装置の例には下記のものが含まれる。 ◆Ｓ．Ｕｒａ、Ｒ．Ｏｈｙａｍａ、Ｔ．Ｓｕｈａｒａ、Ｈ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａ著「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｕｓｉｎｇｎｅｗｐｏｌｙｍｅｒｐ−ＮＡｎ−ＰＶＡｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｐｈｏｔｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３１、１３７８（１９９２）［ＵＯＳ９２］）の交互嵌合形電極を含むポリマー層内のビーム・ディフラクタ ◆Ｓｃｈｉｌｄｋｒａｕｔ等の米国特許第５１５７５４１号「Ｏｐｔｉｃａｌａｒｔｉｃｌｅｆｏｒｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」（１９９２年１０月）の平面電極を含むポリマー層内のビーム変調器 ◆Ｈ．Ｎａｉｔｏｈ、Ｋ．Ｍｕｔｏ、Ｔ．Ｎａｋａｙａｍａ著「Ｍｉｒｒｏｒ− ｔｙｐｅｏｐｔｉｃａｌｂｒａｎｃｈａｎｄｓｗｉｔｃｈ」（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１７、１０１〜１０４ページ（１９７８年））の電極対を含むニオブ酸リチウム・ウェーブガイド内の全内部反射ビーム・リフレクタ ◆Ｍ．Ｐａｐｕｃｈｏｎ、Ａｍ．Ｒｏｙ著「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ：ＢＯＡ」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３１、２６６〜２６７ページ（１９７７年））の２つの電極を含むニオブ酸リチウム内の２×２ウェーブガイド・スイッチ ◆Ｈ．ＳａｓａｋｉおよびＩ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ著「Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｎａｃｔｉｖｅｙ −ｊｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ」（ＩＥＥＥＪｏｕｒｎ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔ．、ＱＥ１４、８８３〜８９２ページ（１９７８年）の３つの電極を含むニオブ酸リチウム・ウェーブガイド内のＹ字形接合ビーム・ルータこれらの装置は、一様に極化された材料を様々な電極構造および光学構造と共に使用する。パターン極化装置の多くの利点は認識されていない。たとえば、 ◆Ｈ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａ、Ｍ．Ｈａｒｕｎａ、Ｔ．Ｓｕｈａｒａ著「ＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ」（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ニューヨーク（１９８９年））［ＮＨＳ８９］には、様々な電極パターンによって活動化される多数の電子光学装置が記載されているが、すべてのこれらの装置は、一様に極化された基板上に作製される。同じことが、 ◆Ｔ．ＳｕｈａｒａおよびＨ．Ｎｉｓｈｉｈａｒａ著「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｔｉｃｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｓｕｓｉｎｇｐｅｒｉｏｄｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（ＩＥＥＥＪ．ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ．、ＱＥ−２２、８４５、（１９８６年）［ＴＨ８６］）にも当てはまる。この論文は、電極格子に対する極化構造の利点を認識せずに格子結合装置の一般的な特性について説明している。特定の文献では、パターン化極化構造のある利点が指摘されている。 ◆Ｍｉｌｌｅｒ等の米国特許第４４１０８２３号には、圧電セラミック内にドメイン反転アレイを含む（しかし、電極は含まない）表面弾性波リフレクタが記載されている。 ◆Ｑ．Ｃｈｅｎ、Ｙ．Ｃｈｉｕ、Ｄ．Ｎ．Ｌａｍｂｅｔｈ、Ｔ．Ｅ．Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ、Ｄ．Ｄ．Ｓｔａｎｃｉｌ著「Ｔｈｉｎｆｉｌｍｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｏｒｕｓｉｎｇｄｏｍａｉｎｒｅｖｅｒｓａｌｉｎＬｉｔａＯ₃」（ＣＴｕＮ６３、ＣＬＥＯ’９３ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１９６ページ以降、ＯｐｔｉａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ）には、ＬｉＴａＯ₃内の三角形ドメイン反転領域を含むビーム・ステアラが記載されている。 ◆Ｓｃｈａｆｆｎｅｒの米国特許第５２７８９２４号「Ｐｅｒｉｏｄｉｃｄｏｍａｉｎｒｅｖｅｒｓａｌｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒ」（１９９４年１月）には、マイクロ波と光線との間の位相差を補償するドメイン反転を含むマッハ・ツェンダー変調器が記載されている。 ◆Ｓｒｉｒａｍ等の米国特許第５２６７３３６号「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｓｅｎｓｏｒｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ」（１９９３年１１月）には、電子光学基板内に１つのドメイン反転領域を含むマッハ−ツェンダー電界センサが記載されている。パターン化極化構造を使用することによって、（生成、変調、再方向付け、合焦、フィルタ、変換、分析、検出、絶縁を含む）ビーム制御の効率上の利点が得られ、レーザ制御、通信、データ蓄積、ディスプレイへの応用が可能になる。これらの分野では、高効率でビーム制御を行う調節可能な方法が求められている。急激なドメイン遷移のために、より効率の高い装置は一般に、パターン極化基板を使用して高周波数変形形態を生成することによって得られる。電極は、高周波数変形形態を生成するのではなくパターン極化基板を励起するために必要である。ポリマーにおける極化プロセスは、結晶の極化プロセスとはかなり異なり、ドメイン境界がはっきりしない。結晶には、離散数（通常は２つ）の安定な極化方向があり、局部領域の極化は、原子をこれらの択一状態間で切り替えることからなる。極化領域は完全に位置合わせされ、対向して位置合わせされたドメイン間には鋭い境界が存在する。極化ポリマーでは、極化方向にはかかわらずに任意の方向へ分子を配向させることができる。極化プロセスでは、個別の分子の無作為分布内の平均位置合わせ成分のみが生成される。したがって、ポリマーでは、極化（および関連するＥＯ係数）によって強度および配向が連続的に変動する。結晶で得られる鋭いドメイン境界は存在しない。これは、ある種のポリマー極化装置の効率に大きな影響を与える。ポリマーの極化強度および方向は、局部印加電界の強度および方向に従うので、マックスウェル方程式で許容されるよりも鋭い空間次元を有する極化微細形状を得ることは不可能である。ポリマーでは、電極ではなく極化領域を空間的にパターン化してもほとんど利点は得られない。光学ポリマーに基づく装置では、電子光学応答を生成するために極化が必要である。極化は、（熱が存在するときに）装置上に作製された電極に電圧を印加することによって行われる。ポリマー被膜全体を一様な電極を用いて極化することができ、その後、電極は、必要な機能を得るために空間的にパターン化される。電界が届く範囲内の活性領域もほぼ同様に極化されるので、装置のＥＯ性能は、パターン化電極を用いて極化を行う場合でもそれほど変化しない。層全体を極化するか、それとも電極の下方の領域のみを極化するかの選択は、主として製造上の都合によるものである。装置の活性領域の外側で極化が空間的にパターン化されるポリマーＥＯ装置の例には、◆Ｂａｋｅｎ等の米国特許第４８６７５１６号「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｌｙｉｎｄｕｃｅｄｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ａｎｄａｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｓｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇｓｕｃｈａｗａｖｅｇｕｉｄｅ」（１９８９年９月）および◆Ｔｉｃｋｎｏｒ等の米国特許第５１０３４９２号「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｔｃｈ」（１９９２年４月）の切替ウェーブガイドがある。これらの装置のうちで、電極がパターン極化構造の複数の境界を横切るものはない。極化プロセスは、ポリマーの屈折率楕円面も変化させる。このことは、◆Ｊ．Ｉ．Ｔｈａｃｋａｒａ、Ｇ．Ｆ．Ｌｉｐｓｃｏｍｂ、Ｍ．Ａ．Ｓｔｉｌｌｅｒ、Ａ．Ｊ．Ｔｉｃｋｎｏｒ、Ｒ．Ｌｙｔｅｌ著「Ｐｏｌｅｄｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｏｒｇａｎｉｃｍｅｄｉａ」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、５２、１０３１（１９８８年）［ＴＬＳ８８］）、ならびに◆Ｔｈａｃｋａｒａ等の米国特許第５００６２８５号（１９９１年４月）および米国特許第５００７６９６号（１９９１年４月）「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｗａｖｅｇｕｉｄｅ」に記載されたように極化可能なポリマーのストライプを極化することによってウェーブガイドを製造できるようにすることなど、いくつかの望ましい効果を有する。しかし、このプロセスには、非励起状態で極化ポリマー境界の損失が大きい（境界が散乱、回折、屈折する）という問題がある。光線が極化ポリマーを横切る装置は、透過性が得られるが、一様な屈折率を得るために極化ポリマーを電気的に活動化しなけれならないという問題を有する。極化のために屈折率が変化することがないので、極化結晶装置はこの問題を有さない。極化ポリマーにおいて横空間画定が行われない問題の解決策は、Ｄｉｅｍｅｅｒの米国特許第５０１６９５９号「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｋｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ」（１９９１年５月）で提案されている。Ｄｉｅｍｅｅｒは、ポリマー被膜全体が極化されるが、選択された領域の電子光学係数が照射によって破壊され、鋭い空間境界を有する非極化領域が形成される、全内部反射（ＴＩＲ）ウェーブガイド・スイッチについて説明している。このような非極化照射領域内の下方の分子は、位置合わせされたままであるが、もはや電子光学応答を有さない。この手法は、ポリマー被膜に鋭い極化ドメイン−非極化ドメイン境界を形成するうえで有用である。この手法は、反転極化ドメインを生成することができず、したがって対応する結晶極化技法と比べて効率がかなり低減されるという欠点を有する。非線形周波数変化装置では、通常、非線形光学材料内で、異なる極性のドメインが周期的に極化されるが、このようなドメインが電界によって励起されることはない。極化構造は、ビームの軸に沿って周期的に変化し、２つのビーム間に蓄積する位相差にもかかわらず正味エネルギー変換が可能になる。この手法は、準位相整合と呼ばれており、Ｂｙｅｒ等の［米国特許第５０３２６２２０］ニオブ酸リチウム、ＫＴＰ、タンタル酸リチウムなどの強誘電体で、また◆Ｋｈａｎａｒｉａｎ等の米国特許第４８６５４０６号「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｕｂｌｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅ」（１９８９年９月）に記載されたように、ポリマーで実証されている。位相整合は電界のないときに行われるので、これらの装置では通常、電極は使用されない。ポリマーにおける一般的な周波数変化は、◆Ｋｈａｎａｒｉａｎ等の米国特許第５０６１０２８号「Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｗｉｔｈｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｏｌｉｎｇｆｏｒｒａｄｉａｔｉｏｎｐｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇ」に記載されている。Ｋｈａｎａｒｉａｎ等は、両方の特許においてパターン化電極を使用してポリマー被膜を極化させた。しかし、付随する空間パターンの鋭度の損失が深刻な問題となり、後者の特許のようにより複雑な電極構造が必要である。電界を使用して格子を制御し、伝搬する電界を制御する周期構造を使用する装置が知られている。格子変調器は、◆Ｂａｕｅｓ等の米国特許第４００６９６３号「Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ，ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｇｒａｔｉｎｇｃｏｕｐｌｅｒ」（１９７７年２月）に示されている。この構造は、電子光学基板内の材料を周期的に除去し、永久格子を形成することによって製造される。基板を電子光学的に励起することによって固定屈折率格子の効果がより大きく、あるいは小さくなり、ある種の同調が行われる。この構造は、極化領域を含まない。Ｂａｕｅｓの構造の欠点は、ポリマー被膜の場合と同じであり、格子は、非常に強力な電界を印加しないかぎり透過性にすることができない。ＥＯ切替可能な格子に関する現行の技術を第１図（従来技術）に示す。この構造では、周期的にパターン化された電極が、格子を画定する要素として働く。後述のように、基礎材料はパターン極化電極を有さない。入射ビーム１２は、電気的に制御可能な格子６を含む電子光学的に活性の材料２に結合される。格子電極の電圧源１０がオフであるとき、入射ビームは引き続き材料内を伝搬し、出射ビーム１６を形成する。格子制御電圧源をオンに切り替えると、材料内に屈折率変調格子が生成され、入射ビームの一部が、反射出射ビーム１４として結合される。この材料は、極化構造全体にわたって同じ極性を有する単一のドメインを含む電子光学的に活性の極化領域４を有する。第１の電極６は、共通の基板１８上で第２の電極７と相互嵌合している。電極間に電圧を印加すると、ビーム１２の経路に沿った電界の垂直成分が交互に逆の符号を有し、正の屈折率と負の屈折率が交互に生成され、格子が形成される。格子の強度は、２つの導体８によって２つの電極間に接続された電圧源によって制御される。一様な基板およびパターン化電極を使用する従来技術のＥＯ装置および圧電装置に関する第２の一般的な問題は、励起された電界のパターンが、電極からの距離と共に急速に減衰することである。このパターンは、パターン微細形状寸法に等しい電極からの距離でほぼ消失する。この問題は、非常に小さな微細形状寸法のために格子の場合にはさらに深刻である。交互嵌合形電極で形成された従来技術の格子は、浅い表面層でのみ変調効果を生成する。ＥＯ構造は、次元が微細形状寸法よりも大きなウェーブガイドとかすかに相互作用する。より高次の相互作用装置ではより長い格子周期を使用することができるが、前述のように、鋭い画定が行われないため、この場合も効率が著しく制限される。現行の技術と効率的に相互作用するための最小格子周期は、約１０ミクロンである。アスペクト比（光線の幅と微細形状寸法の比）が高いにもかかわらず、小さな構造に基づいてＥＯ構造の効率を維持する方法が必要である。ウェーブガイド、および場合によっては案内されない大きなビームの幅全体にわたって持続する切替可能なパターン構造が必要である。バルク材料では、ホログラフィ露光および音響励起によって格子を形成することができる。ホログラフィ露光は非常に難しく、市販可能な状態の、ＳＢＮなどの蓄積材料は、まだ開発されていない。音響励起は、実施しパワーを得るためのコストが非常に高く、ソフト・マウントやインピーダンス整合減衰構造などの追加構成要素が必要である。付着技法、材料除去技法、材料修正技法（内部拡散、外部拡散、イオン交換）を含め、他の方法によって表面格子が形成される。好ましくは、アクセス可能な表面での微細形状制御と共に、バルク相互作用構造を生成するのに十分な大きさのアスペクト比を達成することができる手法が必要である。ＥＯ材料は基本的に、電子光学的に活性の材料でよいが、液晶は特殊なケースであり、限られた適用性を有する。位置合わせされた液晶ドメインの調整可能なパターンからの回折に基づく光変調器は、◆Ｏ’Ｃａｌｌａｇｈａｎ等の米国特許第５１８２６６５号「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｌｉｇｈｔｍｏｄｕｌａｔｏｒ」（１９９３年１月）に記載されている。液晶ドメインを形成することによって変調された全内部反射に基づく光変調器は、◆Ｈａｎｄｓｃｈｙ等の米国特許第４８１３７７１号「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｕｓｉｎｇｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＩｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｓ」（１９８９年３月）に記載されている。すべてのこれらの装置では、ドメインが物理的に現れ、あるいは消えて所望の効果が生成されなければならない。印加電界に応答して液晶装置内の分子の配向が変化し、光と相互作用するパターン化構造が生成される。しかし、液晶は重要な欠点を有する。液晶はもちろん液体であり、実装するのがより困難である。液晶は、限られた温度範囲と、固体装置よりも複雑な製造工程を有する。励起電界パターンが距離に応じて減衰するのでアスペクト比の高い構造を作製することはできない。分子の配向は、電界がオフにされた直後に緩和し、パターンを再確立するには長い時間がかかり、したがって高速の切替は不可能である。従来の技術において光をウェーブガイド間で切り替える構造は、挿入損失が大きく、あるいはチャネル間隔が大きく、そのため、大型の経路指定構造には適していない。大型の切替構造は、光が基板内を伝搬できるようにするほど小さな挿入損失を有する切替要素を有さなければならない。たとえば、ウェーブガイドが１００個のスイッチを有する場合、スイッチの挿入損失は、約０．０３ｄＢよりも小さくなければならない。従来技術ではこれは不可能である。Ｒ．Ａ．ＢｅｃｋｅｒおよびＷ．Ｓ．Ｃ．Ｃｈａｎｇ著「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎｔｈｉｎｆｉｌｍｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｆｏｒａｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｂｕｓ」（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１８、３２９６（１９７９年））では、交互嵌合形電子光学格子スイッチを介して結合されたマルチモード交差ウェーブガイド・アレイ構造が実証されている。このスイッチは、固有に大きな挿入損失（０．４ｄＢ）と不十分な切替効率（≒１０％）とを有する。Ｊ．Ｈ．Ｈｏｎｇの米国特許第５０４０８６４号「ＯｐｔｉｃａｌＣｒｏｓｓｐｏｉｎｔＳｗｉｔｃｈＭｏｄｕｌｅ」（１９９１年８月）は、基本的に小さな挿入損失を有することができるが、効率的に切替を行うには非常に大きな交差接合部を必要とし、したがって高密度切替アレイを生成することができない平面ウェーブガイド構造を開示している。簡単に言えば、従来技術は、１）バルク波または小さなパターンとの効率的な相互作用を行うには、アスペクト比の大きな制御可能なパターンが必要であることと、２）高次相互作用を効率的なものにするには急激なドメイン遷移が必要であることと、３）適切な無電力動作を行うには、印加電界が零のときにドメイン構造が透過的である必要があることと、４）スイッチ・アレイには低挿入損失が必要であることなど、いくつかの領域で欠点を有する。従来、実際の装置を実現するうえで、前述の構造およびその他の構造に含まれる極化構造は十分には利用されていない。発明の要約本発明によれば、光エネルギー伝達装置およびエネルギー案内装置は、電界を使用し、固体材料内のある種の極化構造を使用してエネルギー伝搬を制御する。極化構造は、格子を薄膜構成として形成することも、あるいはバルク構成として形成することもでき、ウェーブガイド構造と組み合わせることができる。極化構造に電界を印加することによって光エネルギーの経路指定が制御される。装置には、周波数選択的であり切替可能で調整可能同調可能なリフレクタ、スプリッタ、方向性カプラ、周波数同調可能なスイッチ、効率的なビーム・コンバイナ、偏光ビーム・コンバイナが含まれる。調整可能な同調可能性は、可変電界が存在するときに軸に沿って可変屈折率の空間勾配を生成する極化構造によって得られる。一実施形態では、本発明は、特定の周期の交番ドメイン構造を含む極化材料からなる切替可能な格子である。周期構造を横切って電界を印加すると、電子光学効果によってブラッグ格子が形成され、中心波長の周りのある帯域幅を含む光放射が放射される。格子は、それ自体で使用することも、あるいは他の格子と組み合わせて強誘電結晶内に一体化構造を形成することもできる。具体的には、１つまたは複数の光学ウェーブガイド格子が１つまたは複数の周期構造と相互作用し、波長選択的で一体型の光変調器、またはスイッチ、またはフィードバック要素を形成する一体型構造が重要である。本発明は、下記の詳細な説明を添付の図面と共に参照すればよりよく理解されよう。図面の簡単な説明第１図は、従来技術による、インターディジタル化電極を含む変調器を示す図である。第２図は、本発明による、バルク光線と相互作用する切替格子の汎用実施形態を示す図である。第３図は、切替格子を使用するウェーブガイド・レトロリフレクタの実施形態を示す図である。第４図は、結晶の同じ面上に配設された３つの電極を含む再帰反射装置用の電極構成の実施形態を示す図である。第５図は、２つの電極が結晶の同じ面上に配設された、同じ装置用の電極構成の実施形態を示す図である。第６図は、テーパ付き分離部を含む３つの電極が結晶の同じ面上に配設された、装置用の電極構成の実施形態を示す図である。第７図は、極化交差ウェーブガイド・カプラのＴ字形実施形態を示す図である。第８図は、極化交差ウェーブガイド・カプラのＸ字形実施形態を示す図である。第９図は、ウェーブガイドの平面からの射出を含む極化ウェーブガイド射出カプラの実施形態を示す図である。第１０図は、並列ウェーブガイド極化指向性カプラの実施形態の図である。第１１図は、代替入射出モード・プロファイルの図を含む、ｘ交差ウェーブガイド・カプラの平面概略図である。第１２図は、テーパ付き電極ギャップを用いて励起されるテーパ付き結合領域形状を含むｘ交差ウェーブガイド・カプラの実施形態を示す図である。第１３図は、汎用結合領域形状および電極パターンを含むｘ交差ウェーブガイド・カプラの実施形態を示す図である。第１４図は、調整可能周波数極化電子光学レトロリフレクタのバルク光実施形態を示す図である。第１５図は、調整可能周波数極化電子光学レトロリフレクタのウェーブガイド実施形態を示す図である。第１６図は、電子光学クラッディングを含む調整可能周波数電子光学レトロリフレクタと、極化格子およびクラッディングの独立励起のバルク光学実施形態を示す図である。第１７図は、多重周波数極化電子光学レトロリフレクタのウェーブガイド実施形態を示す図である。第１８図は、移相極化格子を示す図である。第１９図は、多重周期格子リフレクタの実施形態を示す図である。第２０図は、多重周期性とそれぞれの異なるスペクトル範囲とを含む２つの装置の周波数応答曲線を示す図である。第２１図は、ツイン格子調整可能リフレクタの実施形態を示す図である。第２２図は、調整可能な光路長を有するツイン格子からなる一体型エタロンの概略図である。第２３図は、フェーズ・シフタを含む二重格子切替可能Ｙ字形接合の実施形態を示す図である。第２４図は、極化ウェーブガイド・モード変換器の実施形態を示す図である。第２５図は、ウェーブガイド・モード変換器を使用するウェーブガイド・ルータの実施形態を示す図である。第２６図は、切替可能な並列ウェーブガイド共振器の実施形態を示す図である。第２７図は、３アーム・ウェーブガイド・エタロンの実施形態を示す図である。第２８図は、リング・ウェーブガイド・エタロンの実施形態を示す図である。第２９Ａ図は、制御可能な極化中間構造を含む変調器／減衰器の実施形態を示す図である。第２９Ｂ図は、調整可能なレンズ構造の実施形態を示す図である。第３０図は、切替極化ウェーブガイド・スタブを含む極化全内面反射（ＴＩＲ）ウェーブガイド・スイッチの実施形態を示す図である。第３１図は、二重ＴＩＲウェーブガイド・スイッチの実施形態を示す図である。第３２図は、切替非極化ウェーブガイド・スタブを含むＴＩＲ電気切替ビーム・ディレクタの実施形態を示す図である。第３３図は、ＴＩＲのない２位置極化ウェーブガイド・ルータの実施形態を示す図である。第３４図は、５０％スイッチ記録密度を有する極化ＴＩＲスイッチ・アレイの実施形態を示す図である。第３５図は、１００％スイッチ密度を有する極化ＴＩＲスイッチ・アレイの実施形態を示す図である。第３６図は、永久旋回鏡と非対称損失交差領域とを含む高密度記録アーキテクチャ用の二重ウェーブガイド構造の実施形態を示す図である。第３７図は、ＴＩＲスイッチを含む切替ウェーブガイド・アレイの実施形態を示す図である。第３８図は、格子スイッチを含む切替ウェーブガイド・アレイの実施形態を示す図である。第３９Ａ図は、システム制御線を含むｍ×ｍ通信スイッチ・アレイの実施形態を示す図である。第３９Ｂ図は、ＷＤＭ可能出力を含む３×３スイッチ・アレイの実施形態を示す図である。第４０図は、画素要素を含む二次元切替アレイの実施形態を示す図である。第４１図は、データ・トラックに結合された画素要素を含む一次元切替アレイの実施形態を示す図である。第４２図は、選択可能な格子リフレクタ部と検出器アレイとを使用する切替可能なスペクトル・アナライザの実施形態を示す図である。第４３図は、極化音響多層干渉計構造を示す図である。第４４図は、極化音響トランスジューサを示す図である。第４５図は、多重周波数光波の同調コヒーレント検出器の実施形態を示す図である。第４６図は、単一の極化領域を使用する低損失切替可能ウェーブガイド・スプリッタの実施形態を示す図である。第４７図は、複数の極化領域を使用する低損失切替可能ウェーブガイド・スプリッタの実施形態を示す図である。第４８図は、１×３ウェーブガイド・スプリッタ用の主要設計要素を示す図である。第４９図は、調整可能な位相アレイ変調器として示された活性ウェーブガイド装置の多層スタックを示す図である。第５０図は、従来技術の調整可能なウェーブガイド減衰器の実施形態を示す図である。第５１図は、多重極化セグメント調整可能ウェーブガイド減衰器の実施形態を示す図である。第５２図は、角度拡大極化格子を使用する拡大された帯域幅を有する構造の実施形態を示す図である。第５３図は、湾曲ウェーブガイドを使用する拡大された帯域幅を有する構造の実施形態を示す図である。第５４図は、電気的に制御可能な極化レンズの実施形態を示す図である。第５５図は、周期的に極化されたリフレクタを使用するレーザ・フィードバック装置の実施形態を示す図である。第５６図は、周期的に極化されたウェーブガイド・リフレクタを使用するレーザ・フィードバック装置の実施形態を示す図である。第５７図は、複数の切替フィードバック格子を使用するレーザ・フィードバック装置の実施形態を示す図である。第５８図は、波長同調調整可能合焦システムの実施形態を示す図である。特定の実施形態の説明第５５図〜第５８図は特にこの出願の請求の範囲に関連している。請求され多発に関する構造と方法は明細書の他の部分とともに説明されている。第２図を参照すると、本発明の装置１１の汎用な実施形態、すなわちパターン極化誘電装置が示されている。基本的に、この装置は、電気制御可能なスタック化誘電体光エネルギー・リディレクタ（energy redirector）であり、簡潔に言えば、電気的に切替可能な鏡である。好ましい実施形態では、本発明は、ニオブ酸リチウムの強誘電結晶２０内のバルク光学リフレクタである。電気制御式切替要素は極化された格子２２である。この極化格子は２つのタイプ３６および３８の交互に異なる方向に極化されたドメインからなる。ドメインは、任意の形状または寸法のものであり、ある種の材料特性がほぼ一定である物理領域である。極化ドメインとは、分子群が方向性を有し、これらの群が、極化方向と呼ばれる方向で、あるいはその方向の近くに向いてほぼ整列している（あるいは部分的に整列する）。それぞれの異なる方向における整列原子構造のドメイン、非線形活動や電子光学係数など様々な修正パラメータを含む整列分子または原子構造からなるドメイン、好ましい方向のない原子構造のドメイン、それぞれの異なる電極によって作動する領域によって画定されるドメイン、局部電極で極化されたポリマーおよび石英ガラスの場合のように極化方向が領域自体を横切って体系的に変動する極化領域、無作為に配向された分子からなるドメイン、さらに、無作為ドメイン構造、すなわちドメイン自体内で無作為に極化されたサブドメインからなるドメインを含め、多数のタイプのドメインがある。極化構造とは、１組の個別のドメインである。パターン極化領域とは、その領域内のドメインが空間パターンに従って極化され、複数のドメイン・タイプを含む材料内の領域である。極化パターンと、極化プロセス中に使用される課されるパターン（imposed pattern）との間には、このプロセスの性質に応じて体系的なずれが生じることがある。パターンの境界も、特に極化プロセスが完全な制御の下で行われない場合には、ある程度不規則であり、課されるパターンに完全には従わない。この装置は、それを制御する際に電界が印加され、したがって材料が、損傷なしに必要な電界に耐えるために誘電体でなければならないので、パターン極化誘電体として説明することができる。通常、極化プロセスも電界を使用して行われ、材料はこれにも耐えなければならない。一般に、誘電とは、本出願では、応用例に必要な最小電界に耐える材料の機能を意味する。動作時には、入射光線４０は、光軸に沿って結晶上および結晶内に入射する。光軸は、ビームの位相面に垂直であり、位相面での強度プロファイル全体にわたる伝搬ビームの平均位置によって決められる。光軸は、一様な材料では真っ直ぐであるが、湾曲ウェーブガイド、非一様媒体、反射構造または回折構造を含め、いくつかの状況で曲げられる。入射ビーム４０は、結晶を貫通せず、望ましくないパワー損失およびモード変換を発生させることのないように結晶長全体にわたって十分に小さなスポット寸法２１を有することが好ましい。第２図に示した装置のようなバルク相互作用装置では、ドメイン３６および３８は、入射ビーム４０の少なくとも一部に重なるように基板２０を十分な距離にわたって通っていなければならない。格子２２は入射ビーム４０と交差している。これは、格子２２の平面３４が入射ビーム４０の軸を横切るということ意味する。２本の線（または線と平面、または２つの平面）が互いに横切る場合、本出願では、それらの線は平行ではないことを意味する。格子がビーム４０を横切るので、ビームは格子２２の構造の少なくとも一部を通過する。光線４０は、光周波数源（図示せず）から導かれ、ビームがそれほど結晶に吸収されず、ビームが光屈折効果を受けてもそれほどゆがまないような波長を有する。光周波数源手段は、格子リフレクタ２２の許容波長内で十分な輝度を供給し有用な切替射出ビーム４４を生成することができる１つまたは複数の光学励起器を含むことができる。射出ビームは、同じ基板上の他の要素に結合することも、あるいは外部装置に結合することもでき、後者の場合、ビーム４４が現れる射出表面に反射防止コーティングを施すことが好ましい。反射防止コーティングは、多層誘電コーティングでも、ほぼ適切な屈折率を有する材料からなる単一の４分の１波長層でも、ゾル−ゲル・コーティングでもよい。励起器は、所望のスペクトル輝度が達成されるかぎり、レーザ、発光ダイオード、アーク灯、放電、場合によってはフィラメントを含め、任意の光源でよい。所望のスペクトル輝度を１つまたは複数の励起器から直接供給することも、あるいは１つまたは複数の周波数変換（二重、または混合、またはパラメトリック増幅）励起器から間接的に供給することも、あるいは上記の代替策のうちのいくつかを組み合わせて供給することもできる。吸収効果によって波長は約４００ｎｍないし４０００ｎｍの範囲に制限される。光屈折現象の効果は、構成、波長、ドーパント、極化構造に応じて異なり、本出願では、この効果が、許容限界内ではビームのゆがみが残らないように制御されるものと仮定する。格子２２は、２つの異なるタイプの交番ドメイン間の境界３４で形成または画定される。第１のタイプのドメイン３６は、第２のタイプのドメイン３８とは異なる電子光学（ＥＯ）係数を有し、そのため、電極２４と電極２６との間に一様な電界が印加された場合、２つのタイプのドメインの屈折率の変化は異なるものになる。屈折率によって光波の位相速度が変化するので、屈折率または位相速度の異なる領域間ではインピーダンスが一致しない。極化センス矢印３９、４１によって示したように、領域３６が他方のドメイン・タイプ３８およびオリジナル・ウェハ２０の極化方向に対して逆のセンスを有する材料を用いてそのような屈折率の変化を生じさせると有利てある。逆のセンスとは、本出願では、極化方向がある基準方向の逆であることを意味する（電界制御可能な格子の代替実施態様は、領域３６の内外でＥ−Ｏ係数が破壊される照射マスク付きポリマー被膜である）。構造２２に一様な電界を印加すると、変調された屈折率が生成される。この屈折率変調パターンは、既存の屈折率分布に追加される。最も簡単な構成は、印加される電界がない場合には屈折率変調を有さず、印加された電界に応答して屈折格子を直線的に形成する。格子２２の周期４８は、各ドメイン・タイプに対応する領域を全体的に含む２つのドメイン領域間の距離である。屈折格子の代替実施態様は、ひずみ場を極化領域に印加することによって得られる。材料の光弾性応答のために、それぞれの異なる極化領域でそれぞれの異なる屈折率の変化が生じる。ひずみ場は、たとえば高温の基板上に被膜を置き、次いで室温に冷却することによって常に印加することができる。ひずみの集中は、たとえば被膜のストライプをエッチングすることによって行うことができる。極化要素３６および３８は、格子２２全体にわたって交互に配置され、間に空間は含まれない。追加ドメイン・タイプを使用することができる場合、各ドメインがそれぞれの異なるドメイン・タイプの様々な距離だけ分離されたより複雑な交番パターンが可能である。ある種の応用例では、格子２２は、その長さに沿って１周期だけ含まれるドメイン・タイプが他の周期で再生されるように、第２図に示したような一様に周期的な格子である。他の応用例では、複数のスペクトル・ピークやより広いスペクトル帯域幅など他の利点が得られるように周期を修正すると有利である。格子とは、本出願ては、形状および周期性のすべての可能な変形態様を含め、区別可能な構造のアレイを意味する。周期的屈折格子は、光線間の相互作用において仮想光子を供給することができる。これは、この格子構造が、相互作用に対して運動量を供給することはできるが、エネルギーを供給することはできないことを意味する。相互作用を継続させるには、エネルギーと運動量を共に保存しなければならず、この格子は、２つの保存関係を同時に満たすために運動量の増分が必要なときに有用である。格子の周期性によって、相互作用に使用できる運動量が決められる。格子の強度によって仮想光子ビームの「強度」が決定される。光線が横切る格子の断面の周期の数によって、得られる仮想光子運動量の帯域幅が決定される。帯域幅の制限のために、相互作用は、特定の光周波数範囲（または複数の光周波数範囲）内でしか継続できない。したがって、格子装置は、固有に周波数選択的なものであり、通常、公称波長の周りで動作する。たとえば、第２図に示したような、ある角度での簡単な反射プロセスでは、入射ビーム４０の光子は、射出ビーム４４および４２の光子と同じ光周波数を有し、したがってエネルギーの保存が守られる。しかし、入射ビーム４０中の光子の運動量と偏向された射出ビーム４４中の光子の運動量は同じではない。反射プロセスを生じさせるには、第２図に関連するベクトル図４３によって示したように、格子２２によって運動量の変化を与えなければならない。格子２２は相互作用に対して仮想（運動量を有するがエネルギーは有さない）光子を供給し、運動量を保存できるようにする。第ｉのモードに関連する運動量ベクトル、すなわちｋ_i ＝２π_i／λ_iは、そのモードの有効屈折率ｎ_iの２π倍の値をその光波の波長λ_i で除した値に等しく、伝搬方向を指し示す。運動量ベクトルの大きさを伝搬定数とも呼ぶ。単一周期格子の場合、運動量ベクトルｋ_l＝２π／Λは、格子表面の垂直な方向を指し示し、格子のフーリエ変換に存在する任意の波長値Λを有することができる。したがって、５０％デューティ・サイクル格子の伝搬定数ｋ_l に関連する光間隔（格子の線および空間の幅）はΛ／２である。相互作用の周波数は、たとえば光線の屈折率を調整することにより、あるいは熱膨張またはその他の手段によって格子周期を調整することによって調整することもできる。所与の装置をどのように実施するかに応じて、屈折構造は、相互作用に寄与することができる波長およびベクトル方向のスペクトルを有することができる。また、複数の仮想光子は、いわゆる「上位」格子相互作用における相互作用に寄与することができる。「上位」格子とは、整数による除算による運動量保存に必要な周期に関係する周期を有する格子である。必要な運動量仮想光子は、「上位」格子の高調波から得られる。このプロセスによって運動量が保存される条件を一般にブラッグ条件と呼び、したがって本発明の格子はブラッグ格子であり、格子に対する入射角は、帯域内周波数成分または共鳴周波数成分に関するブラッグ角である。このエネルギーおよび運動量の二重保存は、エネルギー・ビームが光エネルギーの形態であるか、それともマイクロ波の形態であるか、それとも音響の形態であるか、それとも時変エネルギー場からなるその他の波状エネルギーの形態であるかにかかわらず、エネルギー・ビーム相互作用に必要である。格子の実施態様を変更するだけで、構造のパターンが波状エネルギー形態に結合できるようにそれぞれの異なる形態のエネルギーのためのインピーダンス変調を生成することができる。第２図では、屈折格子は、周波数選択的な光エネルギー・ルータまたはリフレクタとして機能する。（１つまたは複数の仮想光子と相互作用することができる）相互作用帯域幅内の特性周波数のビームは帯域内ビームと呼ばれ、それに対して他の周波数のエネルギー・ビームは帯域外ビームと呼ばれる。格子２２は、光周波数の関数として格子の反射効率の最大値の半分での全幅に対応する周波数帯域幅を有する。屈折格子が存在する（格子が「オン」である）とき、格子の帯域幅内の光周波数を有するビームは、格子構造に対する垂直線４７の周りで角度４６で格子から反射される。帯域外ビームは、入射ビームと同じ光軸に沿ってかつ入射ビームと同じ方向に結晶内を伝播し、伝播射出ビーム４２の一部を形成する。格子を含む領域に電界を印加することによって、屈折率変調の強度（仮想光子の強度とみなすことができる）が制御され、伝播出力ビーム４２のパワーと反射射出ビーム４４のパワーとの比が調整される。（入射ビームをそれほど低減させない）弱い再帰反射格子の場合、半値全幅最大帯域幅△λは次式によって与えられる。上式で、 λ＝入射ビームの真空波長ｎ＝ビームの屈折率Ｌ＝格子の長さ反射率の高い格子の場合、有効長が格子の全長よりも小さく、帯域幅が増加する。この２種類のドメインは、電界が印加される前には屈折率の差を有する。この場合、永久屈折格子は極化切替可能屈折格子を伴っている。電界が印加されると、屈折率（格子強度）の正味変調は、極性に応じて増減する。次いで、特定の値の電界を印加したときに「グレーティングオフ」（屈折格子値が零に近くなる）が発生する。次いで、他の電界強度を印加することによって格子を「オン」にすることができる。印加する電界の極性を反転させた場合、最初の永久格子の強度の２倍の強度を有する屈折格子が生成される。本発明の極化格子構造は、従来技術と比べて２つの主要な利点を有する。第１に、極化ドメイン構造は、非常に鋭い境界を有し、仮想光子運動量、すなわち基本格子周期に対応する運動量の倍数で強いフーリエ係数を与える。これは、必要とされる小さな微細形状寸法ではリソグラフィを行うことが実際的ではない場合に非常に有用である。第２に、格子周期と比べて光モード寸法が大きい場合でも強屈折率変調格子を生成することができる。これは、電界変調が電極アレイの平面からの距離に応じて指数関数的に減衰し、格子周期に等しい距離内の大部分の変調を喪失させるので、パターン化電極によって励起される一様に極化された基板では不可能である。極化プロセスによって、アスペクト比、すなわちドメインの深さと幅の比が極めて高い極化微細形状を生成することができる。電界極化技法を使用して、２５０：１を超えるアスペクト比が達成されている。ほぼ一様な電極を使用しているので、良好な静電貫通が得られる。深いドメイン壁を用いた場合、ビーム全体にわたって良好が変調が得られる。格子は、屈折率変化の二次元アレイでもよく、その場合、格子は２つの次元で周期性を有する。その場合、格子から与えられる仮想光子は、２つの次元で運動量を与える。これはたとえば、単一の格子からのいくつかの射出ビームを含む応用例で有用である。好ましい実施形態では、結晶は、市販のｚカット・ニオブ酸リチウム単結晶ウェハである。極化方法および極化ドメインの所望の配向に応じて、ｘカット、ｙカット、アングル・カットを含め、他のカットを使用することもできる。製造ステップは主として、極化と電極製造とを含む。処理の前に、（たとえば、酸素プラズマ灰化によって）結晶を清掃され、研磨工程および処理工程で残ったすべての炭化水素およびその他の汚染物を除去する。極化を制御するために、１９９４年５月９日に出願された米国特許出願第０８／２３９７９９号に記載されたように、マスクおよび処理電極を使用して、ウェハの表面およびウェハ内にあるパターンの電界を印加する。極化電界の印加中に領域３６で極化ドメインが反転するように極化パターンを調整する。簡単に言えば、ウェハ２０の＋ｚ表面２３上に厚さ数ミクロンのシリカ層を付着させる。この被膜を、ドメインを反転する必要がある領域３６で薄くし、あるいは除去し、液体電極または付着した金属被膜を使用して、パターン化されたシリカの上方に良好な等電位表面を形成し、約２４ｋＶ／ｍｍを超える電界を印加し、＋ｚ表面２３の電位が−ｚ表面２５の電位よりも高くなるようにする。この技法を使用して、ニオブ酸リチウムの強誘電結晶を極化し、逆の極性を有する２つのドメイン・タイプのパターンを形成した（ドメイン反転）。２つのタイプのドメイン電子光学係数の大きさは同じである。ただし、極性は逆である。好ましい技法だけでなく、内部拡散技法、イオン交換技法、代替電界極化技法を使用して強誘電体でドメイン変換を行った。熱強化内部拡散によるドメイン形成を、チタンを使用してニオブ酸リチウムで実証した。しかし、反転した領域が三角形であるため、ドメイン寸法が小さい場合には相互作用効率が制限され、この形状は主として、長い周期を有するウェーブガイド装置で有用である。イオン交換を介したパターン極化を、ルビジウム・イオンとバリウム・イオンとを含む塩浴内のＫＴＰで実証した。この場合、結晶中のカリウム・イオンがルビジウム・イオンと交換された。好ましい技法の代替技法を使用する電界極化も、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの両方で実証した。場合によっては、ＫＴＰやチタン酸バリウムを含め、すべての固体強誘電材料を電界ドメイン反転技法によって極化することができる（冷却された流体、ガラス、架橋ポリマーなど、構造をある期間にわたって保持する固体手段）。それぞれの異なる技法によってそれぞれの異なる特性を有する格子が生成される。電界極化では、屈折率の固有の変化を発生させずに結晶中のドメインが整列し、それに対して、イオン交換技法および拡散技法では、極化領域で屈折率が変化することはない。この後者の方法を使用すると、切替可能極化格子には永久屈折格子が伴う。一般に、２種類の異なるドメインがあり、少なくとも第１のタイプが極化される。２種類のドメインしか必要とされないが、他のタイプのドメインを用いてより複雑な切替可能格子構造を製造することができる。第２のドメイン・タイプは、反転極化することも、あるいは非極化することも、あるいは他の角度で極化することもでき、異なる電気活動係数（たとえば、電子光学係数や圧電光学係数）によって区別することができる。たとえば、いくつかの応用例では、非極化ニオブ酸リチウム・ウェハで装置を製造すると費用有効であり、その場合、基板ウェハは、無作為に配向された複数のドメインを備える。極化ドメインは一様な配向を有し、それに対して他のドメインの配向は無作為である。装置の性能は、装置のタイプに応じて、無作為パターンの細部の影響を受ける。他の例を挙げれば、第２のドメインを第１のドメインに垂直に、あるいは他の角度で配向させることができ、この場合も、電気応答の差によって、電子的に制御される有用な構造が生成される。極化ドメインは、石英ガラスやポリマーなど、従来分子スケールで以前に非極化され、無作為に配向された材料で形成することもできる。極化プロセスによって、第２のドメイン・タイプが材料内の非極化され無作為に配向された領域から構成される一方、材料の構成は第１のドメイン・タイプを生成するよう配向される。代替技法では、第２のドメイン・タイプに対応する領域で電気活動係数を選択的に変更または破壊することによって極化構造を形成することができる。このような領域の原子構造の配向を変更する必要はない。第２のドメイン領域で電気活動を変更した場合、それぞれのドメインは異なるものになる。たとえば、非線形ポリマーでは、照射によって電子光学係数を無効にし、照射がマスクされる電子活動領域を形成することができる。ニオブ酸リチウムで同様な効果を実証した。この場合、陽子交換のために非線形係数が破壊される。電子光学係数の修正は、光放射、または電子ボンバード、またはＫＴＰやタンタル酸リチウムなど大部分の非線形材料を含め、他の多数の材料でのイオン・ボンバード、あるいはそれらの組合せによって行うこともできる。ニオブ酸リチウムでは、結晶のｚ軸に沿った印加電界Ｅ₃によって、次式で与えられる異常屈折率δｎ_eの変化が誘発される。上式で、ｒ₃₃は適当な電子光学非線形光学係数である。ｒ₃₃はニオブ酸リチウムの最大非線形定数なので、実際の装置の異常屈折率の変化を使用するのが最適である（Ｅ₃が印加されることによって正常屈折率の変化を発生させる非線形定数ｒ₁₃は、ｒ₃₃よりも小さな係数３．６である）。異常屈折率の変化を使用するには、光波を材料のｚ軸に沿って偏光しなければならない。ｚカット結晶では、この偏光をＴＭと呼ぶ（ＴＥ偏光では、電気ベクトルは結晶表面の平面に存在する。他の唯一の有意非線形係数はｒ₁₃であり、電界Ｅ₁またはＥ₂が印加されたときにＴＥ波とＴＭ波を結合する）。極化構造内で誘発される屈折率変化はかなり小さいので（ニオブ酸リチウム基板のｚ軸に沿って１０Ｖ／μｍの電界を印加した場合、屈折率変化δｎ_eは１．６×１０³に過ぎない）、第２図の格子リフレクタは強い角依存性を有する。弱い屈折率変化の場合のブルースター角は４５°であり、したがって格子は、その平面が光線の同位相波面に対して４５°の角度に配設されたときにＴＥ偏光波を完全に透過させる。したがって、この装置は偏光器として使用することができる。反射ビームは常に基本的に、４５°の入射角で偏光される。十分な格子周期および高い印加電界を用いてＴＭ波の反射係数を高くした場合、偏光器の順方向の吸光係数も非常に高くなる。もちろん、正常な入射では、この効果のための２つの偏光の間の反射の差はない（ただし、前述の電子光学係数の差など、他の効果のための差が生じる）。格子入射角で動作する完全内部反射装置は、ブルースター角とはまったく異なるものであり、この効果のための反射の差をほとんど有さない。ウェハ材料は、強誘電体、ポリマー被膜、本発明による多数の有用な装置を製造するために極化することもできる石英ガラスなどある種のアモルファス材料を含め、極化可能な半導体誘電材料でよい。極化材料は、第２の材料の基板上に配設された薄膜でもよい。石英ガラス、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、ＩＩ−ＶＩ材料、様々なポリマーなど、多数の極化可能な薄膜を首尾良く基板上に付着させた。ＭｇＯ、シリコン、ヒ化ガリウム、ニオブ酸リチウム、水晶や石英ガラスを含む様々なガラスを含め、様々な基板を使用した。ドメインが電子的に切替可能であるには、そのドメインを電子光学材料、すなわち電界を印加されることによって屈折率が変化する材料で構成しなければならない。極化ステップの後、液体電極材料およびシリカ・マスク被膜を除去することが好ましい。再び第２図を参照すると分かるように、第１の電極２４および第２の電極２６は、誘電材料に対向し、格子を制御する電界を生成する手段を形成する（ある材料に対向することは、その材料の近くに配置されるが、必ずしも接触せず、材料の表面にほぼ整列するが、必ずしもギャップ寸法は一定でなく、異なる寸法の追加材料が材料上に配置された状況を含む）。電極２４および２６は、導電材料からなり、標準付着技法を使用して、結晶の対向表面上に結晶に対して間隔を置いて境界付けるように配置することが好ましい。これらの電極は、表面が大きな形状の一部として湾曲していても、あるいは非平行であっても、あるいはその両方であっても、対向平面上にあると言う。電極は、応用例に整合する時間で極化格子を活性化するのに適切な電界強度を達成するのに十分な電荷移動を行う材料で形成することができる。たとえば、電極は、アルミニウム、金、チタン、クロムなどの金属、導電塗料やエポキシや半導休材料やインジウムおよびスズの酸化物など光学的透過材料、塩水などの液体導体で択一的に構成することができる。電極は、空気、または光学的透過バッファ層、またはその他の材料をギャップに満たした状態で表面２３および２５に対向することもできる。ある電極と、外部接地平面、第２の電極、複数の電極などの電位基準との間に電位差が生じるので、必要な電極は１つだけである。電極は、それに電圧を印加することにより、その電極によって決定される電界パターンが確立されるので、電界生成手段である。電圧および電流の供給ももちろん必要である。電極は、パターン極化領域または格子で構成することのできる本発明の活性部分を通じて制御電界が印加されるように配置される。金属電極の場合、電極の下方に配設されたコーティングを組み込み、案内された光波モードの一部が金属電極へ延びるときに発生する光損失を低減させるのが最適である。コーティングは、同じ表面に複数の電極を取り付けた場合に表面で高電界を維持できるほど薄くするが、光損失を低減させるほど厚くすべきである。絶縁破壊の確率を低減させるために電極の上方に別のコーティングを配設することも有用である。電圧制御源３２（または電位源）は、格子を活性化するために接続３０を通じて電極を駆動するための電位を与える。活性化された電極は、印加電圧の極性に応じて互いに対して極付けされる。電位源の電圧は、有意な量の光を切替射出ビーム４４に切り替えるのに十分な大きさの電界を極化領域を通じて生成する。電位源の電圧は、２つの射出ビームのパワーの比を制御する手段を提供するために可変である。電界が十分に高く、電気的に活性化された鏡が形成される場合、長い格子を用いてほぼすべての入射ビームを反射することができる。電界が低い場合、格子は部分リフレクタを形成する。電圧制御源は、バッテリでも、電気変圧器でも、ガス発電機でも、他のタイプの制御可能な電流・電位源でもよい。制御手段３２は、時間依存電圧を生成し、応用例に必要な周波数で電極２４および２６上の電圧を変化させる電流を供給するコントローラを組み込むこともできる。制御手段３２は、複数の装置を制御することができ、ある種のパターンに従って時間的に順序付けることができる複数の出力を有することもできる。電位源３２は、コンピュータまたは他の器具によってそれ自体の機能を手動制御または電子制御するための制御入力を有することができる。不要な繰り返しを避けるために、第２図を参照した説明した変形形態が後述の実施形態に適用され、下記の図を参照して説明する変形形態も第２図に適用されることを理解されたい。次に第３図を参照すると、本発明の波をガイドする実施形態が示されている。具体的には、この実施形態は、電気制御式周波数選択的ウェーブガイド・レトロリフレクタである。この装置内のすべての光線は光学ウェーブガイド６４によって２つの次元に拘束され、装置６１の基板６０を形成する極化可能な誘電材料の一表面を横切る。ウェーブガイドは、回折効果、および場合によっては案内構造の湾曲にかかわらず全長にわたって光波を伝搬させる構造である。光学ウェーブガイドは、周りの媒体に対して屈折率の増加された拡張領域で画定される。光波の案内の強度または拘束は、波長、屈折率の差、案内幅に依存する。一般に拘束が強いほど、モードの幅は狭くなる。ウェーブガイドは、拘束の強度に応じて、複数の光モードをサポートすることも、あるいは単一のモードをサポートすることもできる。一般に、光モードは、２つの次元における電磁界形状、偏光状態、波長によって区別される。複屈折材料または非対称ウェーブガイド内で案内される光波の偏光状態は通常、直線偏光である。しかし、一般的な偏光状態は、特に光波が大きな波長を有する場合、非平行偏光成分ならびに楕円成分および非偏光成分が含まれる。屈折率の差が十分に小さく（たとえば、△ｎ＝０．００３）、ガイドの幅寸法が十分に狭い（たとえば、Ｗ＝４μｍ）場合、ガイドはある範囲の波長にわたって単一の横断モード（最下位モード）を拘束するに過ぎない。ウェーブガイドの上下で屈折率が非対称的になるように基板の表面上でウェーブガイドを実施する場合、屈折率の差またはウェーブガイドの幅に遮断値が存在し、この遮断値より低い値ではモードが拘束されることはない。ウェーブガイドは、（たとえば、内部拡散によって）基板で実施することも、あるいは（周りの領域をエッチングし、あるいはコーティングを塗布し、あるストリップを除いてすべてをエッチングしてウェーブガイドを画定することによって）基板上に実施することも、（いくつかの処理済み基板層を接触または結合させることによって）基板内部に実施することもできる。ウェーブガイドは、全ての場合において基板を横断するとみなされる。ウェーブガイド内を伝搬する光モードは、ウェーブガイドの幅だけでなくすべての拘束パラメータに関係する横寸法を有する。基板は、ニオブ酸リチウムの単結晶であり、ウェハの厚さによって分離された２つの対向面６３および６５を有するチップを形成することが好ましい。対向面は、平行である必要はなく、あるいは場合によっては平坦でなくてもよい。ウェーブガイドは、アニール陽子交換（ＡＰＥ）など十分に確立された技法によって面６３上に形成することが好ましい。別法として、陽子以外のイオンを基板材料内で内部拡散することも、あるいはイオン交換することもできる。ＡＰＥウェーブガイドは、結晶異常屈折率を増加させ、ｚ軸に沿って偏光された光用のウェーブガイドを形成する。ｚカット結晶の場合、これはＴＭ偏光モードに対応する。ニオブ酸リチウム中のチタン内部拡散などの代替技法で形成されたウェーブガイドは、ＴＭ偏光とＴＥ偏光の両方をサポートする。ウェーブガイドを単一の最下位横モードしかサポートしないように設計し、上位モードに関連する複雑さをなくすることが好ましい。上位横モードは、いくつかの応用例で問題となる、最下位モードとは異なる伝搬定数およびより高い散乱損失を有する。しかし、高パワー伝搬の場合など、いくつかの応用例ではマルチモード応用例が好ましい。１つの代替構成は、電界を直接印加するのではなく圧力を加えることによって格子を励起するものである。圧力を加えることの効果は間接的には同じであり、圧電効果により、応力が加えられることによって電界が生成され、それによってドメインの屈折率が変化する。しかし、たとえば、構造を機械的に圧縮する場合、応力を維持するために持続エネルギーを印加する必要はなくなる。この代替策は、前述の他の方法と同様に、後述の本発明の他の同様な実施態様にも適用される。ウェーブガイドの寸法を決定した後、ウェーブガイド用のフォトマスクを生成し、多数の周知のリソグラフィック工程のうちの１つによって基板上のマスキング材料にパターンを転写する。マスク材料は、ＳｉＯ₂、タンタル、またはその他の金属でも、あるいはその他の耐酸材料でもよい。ＡＰＥウェーブガイドを製造するには、マスクされた基板材料を溶融ベンゾ酸に浸漬し、結晶中のリチウム・イオンを酸から得た陽子で交換する。この結果得られるステップ屈折率ウェーブガイドを次いで、約３００℃で数時間にわたってアニールし、陽子を結晶内で深く拡散させ、電気活動係数の高い低損失ウェーブガイドを形成する。内部拡散二次元ウェーブガイドおよびイオン交換二次元ウェーブガイドだけでなく、平面ウェーブガイド、および二次元リッジ・ウェーブガイドまたはストリップ装着ウェーブガイドを形成することができる。平面ウェーブガイドは、より低い屈折率の基板上に電気的に活性の材料を付着させることによって形成することができる。ウェーブガイド製造用の付着技法は、良く知られており、液相エピタキシ（ＬＰＥ）と、分子ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）と、炎加水分解と、スピニングと、スパッタリングとを含む。リッジ・ウェーブガイドは、リフトオフや、ウェット・エッチや、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）などのドライ・エッチなどの工程を使用することによってこのような平面ガイドから形成することができる。平面ガイドは、本発明、特に、格子からの可変可能角を使用する装置で使用することもできる。この実施形態の格子６２は、基板を横切る光学ウェーブガイド６４に垂直に配設される。格子は、第１のタイプのドメイン６６と第２のタイプのドメイン６８とで構成され、これらのドメインは、必ずしも基板内で延びる必要はない。たとえば、内部拡散またはイオン交換を使用して活性材料を極化すると、反転されたドメイン６６は通常、材料内の有限の深さまで延びる。イオン・ボンバーやＵＶ照射などの技法により材料の電気活動を破壊する（あるいは電子光学活動を低減させる）ことによって極化を行うときには部分ドメインを形成することもできる。入射光線８０は、ウェーブガイド上に入射し、ウェーブガイドに結合される。結合とは、界面、あるいは２つの平行なウェーブガイドまたは傾斜したウェーブガイドの間、あるいは平面ガイドとストライプ・ガイドとの間、あるいは単一モード・ウェーブガイドとマルチモード・ウェーブガイドとの間など、ある種の一般的な境界を横切ってある領域から他の領域へパワーを伝達するプロセスを指す。格子がオンであるとき、一部の入射ビームは再帰反射された射出ビーム８２に結合される。格子の再帰反射は完全である必要はなく、すなわち格子は逆方向の数度以内に光を反射することがあるが、ウェーブガイドはこの光の大部分を捕捉し、完全に再帰反射されたビームを形成する。再帰反射が不完全である場合、ウェーブガイド６４への再帰反射ビームの結合損失が生じる。格子がオフであるとき（制御電界が、屈折格子が通常零電界で零に近い最小値を有する「オフ」位置に調整されているとき）、入射ビームは引き続きウェーブガイドを通じて同じ方向へ伝搬し、透過射出ビーム８４を形成する。バルク装置の場合と同様に、電圧源７６を用いて、２つの射出ビームのパワーの比を制御するように格子の強度を変動させることができる。第１の電極７０および第２の電極７２は、誘電材料６０のそれぞれの対向面に対向する。基板は、損傷なしに印加電界に耐えることができるので誘電体であるが、電流が装置の性能に悪影響を与えないかぎり完全な絶縁体である必要はない。電極は、導電材料で形成することができる。第１の電極構造を使用して誘電材料内に電界を生成する手段もなければならない。電極は、格子を形成する第１のタイプの極化構造の少なくとも２つの要素をブリッジする。これは、電極によって生成された電界が少なくとも２つの要素を貫通することを意味する。したがって、これらの要素は電界によって活性化することができる。２本のワイヤ７４によって電圧制御源７６を２つの電極に接続し、ウェーブガイド６４と極化構造６２が交差することによって形成された領域に電界を生成することが好ましい。ワイヤは、応用例の必要に応じて電極を充電できるようにするのに十分な導電性を動作周波数に有するように任意の材料で任意の形状に形成することができる。ワイヤは、丸形ケーブルでも、フラット・ケーブルでも、同軸ケーブルでも、一体型リード・パターン導体でもよく、抵抗器でも、キャパシタでも、半導体でも、あるいは漏れ絶縁体でもよい。別法として、電極は、電気的に活性の材料全体にわたって電界を印加できるようにする任意の方法で構成することもできる。たとえば、基板上のそれぞれの異なる層に電極を挿入し、電極間に活性材料を挿入することができる。この構成は、低電圧を用いて高電界を生成できるようにし、電極材料上に配設することができるシリカやある種のポリマーなどのアモルフォス活性材料で特に有用である。極化構造６２は、ウェーブガイド６４と極化構造６２との間の交差がウェーブガイドの横モード寸法と格子の長手方向寸法とを有するようにウェーブガイドよりも深くすることが好ましい。第４図、第５図、第６図は、誘電材料１８９の共通の面上に電極が配設された代替電極構成を示す。このような構成は、同じ表面の電極構成が低電圧で高電界を得られるようにするので、ウェーブガイド１８０を使用して光線を案内する本発明の実施形態で特に有用である。このような電極構造は、格子を横切るウェーブガイドの断面に電極が近接しているので、格子１８２の低電圧制御に特に重要である。第４図に示した電極構成１８６では、第１の電極１７０および第２の電極１７２は誘電材料の同じ表面に対向する。これらの電極は、表面がより大きな形状の一部として湾曲されている場合でも共通の平面上にあると言う。第１の電極は、それぞれ、第１のタイプのドメイン１８４と第２のタイプのドメイン１８５の交番領域からなる、いくつかの格子要素を含むウェーブガイドの一部の上方に配置される。第２の電極は、第１の電極の周りに位置決めされる。ウェーブガイドに沿った電極間の距離は、ウェーブガイドの軸に沿って一様な電界が必要である場合にはウェーブガイドの軸に沿ってほぼ一定である。電極の間隔は、第６図の装置１８８に概略的に示したように、電界強度を漸減させるように変化させることもできる。第４図に示したように配設された２つの電極間に接続された電圧源１７４は、電極間で電界を生成することができる。電界ベクトル１７６は、電気的に活性のウェーブガイドの領域で、材料の表面に垂直な最大成分を有する。ニオブ酸リチウムなどのｚカット強誘電結晶の場合、この電界構造は、最大電子光学係数ｒ₃₃を活動化し、ＴＭ偏光光線の屈折率を変化させる。ニオブ酸リチウムにおいて１０Ｖ／μｍの電界を印加し、波長が１．５μｍの光線を用いた場合、一次格子の強度は４０ｃｍ^-1である。各電極構成に関して電極を電圧源に接触させる手段１７８が必要である。この手段を形成するには、装置上の電極と電位源の端子との間にワイヤなどの導電材料を電気的に接触させる。すべての電極構成で、各電極は通常、ワイヤが接触する断面、またはパッド、または接点を有する。パッドは、より容易に結合できるように電気接触手段に対する配置公差を低減させるほど大きな寸法のものであることが好ましい。その場合、超音波または、または加熱、または導電エポキシによるワイヤ・ボンディングなどの技法を使用して、ワイヤをパッドに接触させることができる。別法として、バネ付き導体プレートを電極に直接接触するように配置し、電圧源との必要な電気接続を形成することもできる。図では、電極は通常、十分大きなものであり、それ自体で接触パッドとして機能する。同じ表面電極構造の他の実施態様１８７を第５図に示す。この実施態様では、第１の電極１７１および第２の電極１７３は、光学ウェーブガイドのどちらかの面上に配置される。このように位置決めされた２つの電極を介して電位を印加すると、電界ベクトル１７７は、基板表面に平行な最大成分を有する。ｚカット強誘電結晶の場合、ＴＭ偏光光波の屈折率および印加電界を変化させる電子光学係数はｒ₁₃である。ニオブ酸リチウムにおいて１０Ｖ／μｍの電界を印加し、波長が１．５μｍの光線を用いた場合、一次格子結合定数は１２ｃｍ^-1である。別法として、ＴＥウェーブガイドでは、２つの構成に対して活性電子光学係数が切り替えられる。チップの表面に垂直な電界ベクトルでは、適当な係数はｒ₁₃ であり、それに対してチップの表面に平行な電界ベクトルでは、電子光学係数はｒ₃₃である。ｘカット結晶、またはｙカット結晶、または中間カットにも同様な状況が当てはまる。第５図の構成の他の変形形態として、電極が、一方の電極がウェーブガイド１８０をほぼカバーし、他方の電極がいくらか側面に変位されるように非対称的に構成される。この構成では、隣接する電極の縁部の下で誘発される強力な垂直電界が主として、一方の電極の下方のウェーブガイド領域を通過する。第６図で、電極１７５および１７９はテーパ付けされ、中央電極１８１から分離されている。これらの電極を介して電圧を印加すると、この構成は、漸減する電界強度を生成し、強い電界は右側へ向かい、より弱い電界は左側へ向かう。「テーパ」の語は、本出願では、任意のパラメータが、変動が線形であるか、それとも単調なものであるかを指定せずに、ある値から他の値への一般的な空間変動を有することを意味する。このパラメータは、ギャップ、幅、密度、屈折率、厚さ、デューティ・サイクルなどでよい。したがって、極化ドメイン内でウェーブガイド１８０の左側への誘発される屈折率の変化は、右側へ誘発される屈折率の変化よりも弱い。これはたとえば、相互作用領域の長さを延ばすために超狭帯域幅トータル・リフレクタが必要とされる場合にそれを得るうえで有用である。第７図および第８図に示したような非正常入射角装置では、特定の入射モードの特定の射出モードへの結合を最適化するうえでテーパが有用である。すべての電極構成で、印加される電圧は、一定の値から、急速に変動する信号またはパルス信号までの範囲であり、電極間にどちらかの極性が付与されるように印加することができる。電圧の値は、所与の応用例で電気的に活性の材料および周りの材料への破滅的な損傷を回避するように選択される。ニオブ酸リチウムなどの材料を介して一定の電界を印加すると、電極に電荷が蓄積し、経時的に電界強度のＤＣドリフトが起こることがある。電荷は、電圧源の極性を時折切り替え、電界強度が完全な値に戻るようにすることによって分散することができる。時間平均電界が零に近い場合、正味電荷ドリフトも零に近い。そのようなドリフトの影響を受ける応用例では、ＭｇＯの内部拡散などによって材料の光屈折感度を最小限に抑えるように注意すべきであり、ＤＣ電界なしで動作を構成することが好ましい。表面層は、電界絶縁破壊および電極とのロシー光接触を防止するうえで有用である。ビームが表面または表面の近くを伝わり、それに対して、互いに逆の極性を有する電極が同じ表面上に配置されたときに絶縁破壊が最も重大なものになるので、損失はウェーブガイド装置では特に重要である。この問題は、活性材料の極化ならびに電子光学切替に当てはまる。同じ表面上の２つの電極間の電界の最大ベクトル成分は、材料の表面に平行である。絶縁破壊問題と光損失問題は、高誘電強度を有する光透過性材料層を案内領域と電極との間に付着させることによってかなり軽減することができる。二酸化ケイ素はそのような材料の１つの好例である。電極間の表面に沿った、この表面の上方の空気で絶縁破壊が発生する可能性もあるので、電極上に同様な高誘電強度材料を付着させることができる。第７図および第８図は、電気制御式周波数選択的ウェーブガイド・カプラの２つの実施形態を示す。第７図で、一対の二次元ウェーブガイドは誘電材料の一面を横切り、Ｔ字形をなす角度１１８で交差し、３ポート装置を形成する。格子１００は、第１のタイプのドメイン１０４と第２のタイプのドメイン１０２からなり、それらの間の交差領域で２つのガイドに対してある角度に配設される（この部分は、２つのウェーブガイドにおける光モードによって共有される）。交差領域におけるピーク屈折率変化は、ウェーブガイドにおけるピーク屈折率変化に等しいことが好ましい。これは、（内部拡散、イオン交換、エッチングなどによって）Ｔ字形構造の製造を１つのステップで行う場合に可能である。第８図の交差ウェーブガイド形状で最も好都合な、後に続くステップで２つのウェーブガイドを配置する代替手法では、交差領域におけるピーク屈折率変化は、ウェーブガイドにおける屈折率変化の２倍であり、これは必要とされない。従来どおり、格子の周期性および角度は、反射プロセスが格子の帯域幅内の仮想光子の運動量によって位相整合されるように選択される。第１のウェーブガイド内の帯域内入射ビームと第２のウェーブガイド１０８内の射出ビーム１１４を最適に結合するために、入射ビームの入射角は格子の回折角に等しい。この場合、２つのガイド間の角度の二等分線は、ウェーブガイドの平面内の格子のドメイン境界に垂直である。入射ビーム１１２は、第１のウェーブガイド１０６に入射し、第１のウェーブガイド１０６に結合される。第１の電極１２０および第２の電極１２２は、導体１２６によって２つの電極に接続された電圧源１２４がオンにされたときにウェーブガイド間の交差領域に電界が生成されるように、誘電材料の同じ面上に配置される。この電界は、電子光学効果を介して交差領域内の格子の強度を制御し、第１のウェーブガイドからの帯域内ビームを第２のウェーブガイドに結合し反射射出ビーム１１４を形成する。格子をオフにした場合、入射ビームは引き続き、主として第１のウェーブガイド・セグメントに沿って伝搬し、ほとんど損失のない透過射出ビーム１１６を形成する。別法として、入射ビームが、第２のウェーブガイド１０８に進入し、格子と相互作用することによって射出ウェーブガイド１０６に切り替えられるように、ウェーブガイド内で逆伝搬ビームを使用することができる。単一モード・システムでは、ウェーブガイド１０６に進入する最下位ガウス・モードがウェーブガイド１０８の最下位ガウス・モードに結合されるように、格子強度が空間的に非一様に分散されることが好ましい。格子強度は、電極の形状を調整し、電極間のギャップを調整し、格子のデューティ・サイクルを調整することによって変調することができる。格子の帯域幅も、チャーピング、移相、多重周期構造の使用など、いくつかの周知の技法のうちの１つによって拡張することができる。第７図および第８図の形状では、ガイドのモードが重なり合うガイド間の交差領域の寸法によって結合領域の寸法が制限される。所与の電界強度を得るために高い正味相互作用強度を得るには、ウェーブガイドの寸法を増加させ、より大きな交差部を形成することが望ましい。しかし、大型のウェーブガイドはマルチモードであり、いくつかの応用例では望ましくない。断熱膨張および収縮を使用する場合、大きな交差領域と単一モード・ウェーブガイドの両方の利点を同時に得ることができる。入射ウェーブガイド１０６は、幅の狭いウェーブガイドとして始まり、交差領域が接近するにつれて幅が断熱的に増加していく。射出ウェーブガイド１０８の幅は、大部分の反射光を捕捉するために交差部において大きく、断熱的に漸減して幅の狭いウェーブガイドに至る。入射ウェーブガイドまたは射出ウェーブガイド、あるいはその両方の断熱テーパ付けの概念は、本明細書で説明する多数の相互作用に適用することができる。第８図を参照すると分かるように、２つのウェーブガイド１３６および１３８は、ｘ交差をなす角度１５８で交差し、４ポート装置を形成する。この装置は、２つの切替動作が同時に行われる（ビーム１４２がビーム１４６および１４８に切り替えられ、ビーム１４４がビーム１４８および１４６に切り替えられる）ので、特に多機能なウェーブガイド・スイッチである。格子１３０は、第１のタイプのドメイン１３４と第２のタイプのドメイン１３２とからなり、２つのガイドの間の交差領域内で２つのガイドに対してある角度に配設される。格子の角度は、ウェーブガイドの平面内で、２つのガイド間の角度の二等分線が格子のドメイン境界に垂直になるように選択することが好ましい。第１の入射ビーム１４２は、第１のウェーブガイド１３６に結合され、それに入射し、第２の入射ビーム１４４は、第２のウェーブガイド１３８に結合される。第１の電極１５０および第２の電極１５２は、２つの電極間に接続された電圧源１５４がオンにされたときにウェーブガイド間の交差領域に電界が生成されるように、誘電材料上に配置される。この電界は、電子光学効果を通じて交差領域内の屈折格子の強度を制御する。格子がオンのときには、第１の入射ビームの帯域内成分が第１のウェーブガイドから第２のウェーブガイドに結合され第１の射出ビーム１４６を形成する。同時に、第２のウェーブガイドからの第２の入射ビームの帯域内成分の一部が第１のウェーブガイドに結合され、第２の射出ビーム１４８を形成する。また、２つのビームの帯域外成分、および帯域内ビームの未切替成分は引き続き、それぞれのウェーブガイドに沿って伝搬し、適当な射出ビームの追加部分を形成する。したがって、複数の光周波数成分を含む２つのビームでは、２つの入射ビーム中の単一の周波数成分を２つの射出ビーム間で切り替えることができる。ウェーブガイドは、あるセグメントのみでよく、その場合、ウェーブガイドは、基板から離れた位置に配置された他の光学構成要素に接続され、あるいは同じ基板上に一体化される。たとえば、ウェーブガイド・セグメントは、ポンプ・レーザ、光ファイバ、交差ウェーブガイド、その他の切替可能な格子、ミラー装置、その他の要素に接続することができる。交差ウェーブガイド・スイッチ・アレイは光学切替網を備える。第９図で、ウェーブガイド結合スイッチの他の実施形態を示す。格子のドメイン壁はこの場合、結晶１５８の表面１５７に非直角に配設され、そのため、ウェーブガイド１６０内の入射ビーム１５９が結晶の平面から反射され、反射射出ビーム１６１を形成する。前述のように、反射されないビームは引き続き、ウェーブガイド内を伝搬し透過射出ビーム１６２を形成する。光透過性の第１の電極１６３は、インジウム酸化スズで構成することができ、誘電材料１５８の一面上の、ウェーブガイドを横切る格子の部分の上方に配設される。第２の電極構造１６４は、光吸収性のものでよく、材料上に配設される。本開示で説明するすべてのケースと同様に、第２の電極は、多数の代替構成のうちの１つで構成することができ、第７図と同様に第１の電極を囲むように構成することも、第２図と同様に材料１５８の対向面上に構成することも、第６に示した構成と同様にテーパ付けすることもできる。電極は、２本のワイヤ１５６を用いて電圧源１５４に接続され、電圧源は、帯域内ビームの、透過ビーム１６２と反射ビーム１６１へのパワー分割比を制御する。あるいは、電極構成は第５図に示したのと同様なものでもよく、その場合、両方の電極は不透明である。再び第９図を参照すると分かるように、ドメイン壁は、ｚ軸１６５に対してある角度で切断された強誘電結晶を電界極化することによって形成することが好ましい。電界極化ドメインは主としてｚ軸に沿って伝わるので、この技法によってアングル・カット結晶を極化すると、ドメイン境界どうしが、表面に対して同じ角度でｚ軸に平行になる。結晶の切断角度１６６は、結晶の平面内で伝搬する光が基板から材料の表面に直角に反射するように４５°であることが好ましい（任意の角度を使用することができる）。第９図に示したドメインは平面であるが、より一般的な構成で構成することもできる。平面格子は、平坦な入射同位相波面から平坦な射出同位相波面を生成する。図の装置がウェーブガイドのないバルク・リフレクタとして使用される場合、コリメートされた入射ビームが、コリメートされた射出ビームを生成する。この装置はたとえば、ビームが装置の外部から入射し、あるいはウェーブガイドが装置の端部に配置され、ウェーブガイドの端部と極化リフレクタとの間にいくらか距離がある場合にバルク・リフレクタとして有用である。しかし、いくつかのケースでは、ディスクからのデータの読取りなど、合焦を必要とするある種の応用例の場合と同様に、コリメートされたビームから、湾曲された射出同位相波面を生成することが望ましい。ドメイン反転は主としてｚ軸に沿って伝搬するので、第９図に示した基板の上面上に１組の湾曲ドメインをパターン化することによって、１組の湾曲ドメインをこの材料のバルクとして極化することができる。したがって、電界によって励起されたときに円筒形レンズを形成する１組の凹（または凸）状ドメインを形成することができる。同じ工程によって、表面に対してある角度に配向されたくさび形立体構造およびより複雑な立体構造を形成することができる。代替方法では、極化技法によってドメイン境界がｚ軸に対してある角度で伝搬する場合にｚカット結晶を基板として使用することができる。たとえば、ニオブ酸リチウムのｚカット結晶内のチタン（Ｔｉ）内部拡散では、結晶の表面からビームを反射させるのに適した三角形のドメインが生成される。表面に対する内部拡散で形成されるドメインの角度は通常、約３０°であり、そのため、格子に入射した入射ビームは、結晶の表面に対して約６０°の角度で表面から反射する。次いで、射出ビームを、プリズムを用いて抽出することも、あるいは頂面からの全内部反射の後に（ある角度に研磨することができる）背面から抽出することができる。図の電極構造は、Ｅ₃成分と、Ｅ₁成分またはＥ₂成分の両方を励起する。ＴＭ偏光入射光波１５９は、異常屈折率変化と正常屈折率変化の組合せである屈折率変化を受ける。第１０図には、切替可能なウェーブガイド指向性カプラの実施形態が示されている。第１のウェーブガイド２０４は、ある長さにわたって第２のウェーブガイド２０６にほぼ平行である。ビームが互いに隣接して同様な方向に伝搬する間、ビームの中心軸が変位される。ウェーブガイドが交差しないように、中心軸が同軸になることはない。しかし、ウェーブガイド・セグメントは、カプラの長さによって画定される位置で密に近接し、そのため、２つのウェーブガイドの光モードの横プロファイルは多少とも重なり合う。２つのモードの伝搬は次いで、少なくとも消失しながら重なり合う（すなわち、指数関数テールが重なり合う）。モード電界の消失部分は、ウェーブガイドの高屈折率領域の外側の指数関数的に減衰する部分である。２つのウェーブガイドのそれぞれのモードに関連付けられた伝搬定数は、伝搬方向ではｋ＝２πｎ_eff／λによって決定される。有効屈折率ｎ_effとは、真空中の光の速度と群伝搬速度の比であり、ウェーブガイド内のモードに応じて変動する。ｎ_effの値は、モード・プロファイルの案内波構造との重なり合いによって決定される。２つのウェーブガイドの幅、したがって２つのウェーブガイド内のモードの伝搬定数が異なり、それによって、格子がオフのときにはモード間の結合が位相整合されないことが好ましい（それぞれの異なる伝搬定数を生成するように２つのウェーブガイドの屈折率プロファイルを調整することもできる）。格子をオフにした場合、第１のウェーブガイド内の入射ビーム２１０は引き続き、ウェーブガイド内を伝搬し、第１のウェーブガイド２０４から出る透過射出ビーム２１４を形成する。格子がオンのときには、格子が、２つのモード間の結合が位相整合されるように２つのウェーブガイドの伝搬定数の差を構成し、帯域内射出ビーム２１２が第２のウェーブガイド２０６から出る。結合を最適化するために、格子周期Λは、２つのウェーブガイド内の伝搬定数の差の大きさが（誤差公差内で）格子定数に等しくなるように選択される。２つのウェーブガイドの伝搬定数として等しい値を選択し、それによって、格子がオフのときに２つのウェーブガイドが結合されるようにすることもできる。この場合、格子をオンにすると、２つのガイド間の結合が低減する。格子の強度は結合定数を決定し、結合定数は２つのウェーブガイド間の結合のレベルを決定する。２つのウェーブガイドの相互作用領域の長さに沿って、パワーがガイド間で正弦曲線的に前後に伝達され、その結果、結合はまず第１のウェーブガイドから第２のウェーブガイドに行われ、次いで再び第１のウェーブガイドに行われる。所与のウェーブガイド・モードでパワーが最大になる２つの位置間の距離を結合されたウェーブガイドのビート長と呼ぶ。ビート長は格子の強度に依存する。第１の電極２２０および第２の電極２２２は、２つの電極間に電圧が印加されたときに格子領域２０２を横切って電界を生成するように材料表面上に位置決めされる。導電材料２２４を用いて２つの電極に電圧源２２６が接続される。格子の強度、したがって２つのウェーブガイド間のビート長は、格子を横切って印加される電圧によって制御される。２つのガイドの伝搬定数は、波長に強く依存する。仮想光子の運動量は基本的に、あるいは主として固定される（すなわち、ある応用例における変動しないパラメータによって決定される）ので、パワーは単一の周波数の付近でのみ第２のウェーブガイドに伝達され、周波数帯域幅は結合領域の長さに依存する。格子強度に応じて、帯域内入射ビームの調整可能な部分は、結合された射出ビーム２１２として第２のウェーブガイドから出て、それに対して入射ビームの帯域外部分は、帯域内ビームの残りの部分と共に透過射出ビーム２１４として第１のウェーブガイドから出る。２つのモード間の結合は、モード間の結合強度を変更することと、モードの重なり合いを増大させることと、一方のウェーブガイドの有効屈折率を変更することを含め、いくつかの手段で電子光学的に制御することができる。前述の電子光学制御式結合は好ましい方法である。２つのウェーブガイド内でモードを効率的に結合するには、入射ビームを順方向に散乱させる。これには最小格子周期が必要である。別法として、結合格子は、上記で第２図に関連して説明した永久格子と切替格子の組合せとして実現することができる。次に、これをどのように実施するかに関する詳細な例を与える。所望の周期ドメインを形成した後、基板を化学的にエッチングし、極化構造とまったくおなじ周期を有するレリーフ格子を形成することができる。ニオブ酸リチウムの好ましい材料の場合、それぞれの異なるタイプのドメインがそれぞれの異なる速度でエッチングされるので、他のマスク形成ステップなしでエッチングを行うことができる。たとえば、フッ化水素酸（ＨＦ）では、ニオブ酸リチウムの−ｚドメインは、＋ｚドメインよりもずっと迅速に（１００倍以上）エッチングされる。したがって、ｚカット結晶を５０％ＨＦ溶液に浸漬させることによって、第１のタイプのドメインからなる領域をエッチングし、それに対して、第２のタイプのドメインからなる領域はエッチングされないままにしておく。この手順では、２つのウェーブガイド間に結合を生成するために使用てきる永久結合格子が形成される。電極を取り付けた後、極化格子を励起し、エッチング済み基板の格子上に重畳されるアディティブ（additive）屈折格子を形成することができる。エッチング深さは、電極が一方の極性で励起されたときに、エッチング済み永久格子によって誘導された有効屈折率変化を、電子光学的に誘導される格子によって部分的または全体的に補償することができ、それに対して屈折格子が他方の励起極性で二重化されるように制御することができる。それによってプッシュプル格子が形成され、それによって格子を非活動状態と強力に活動する状態との間で切り替えることができる。エッチング済み格子はポリマーや光透過性液晶などの電子光学材料をエッチング済み領域に充填して、電子光学係数を高くし、屈折率を基板の屈折率に近くするときにも有用である。充填されたエッチング済み領域が光線へ延びることが好ましい。充填されたエッチング済み領域を横切って電圧を印加すると、充填材料の屈折率も、ウェーブガイドの残りの部分の屈折率の周りで変動する。別法として、２つのウェーブガイド内のモードの重なり合いは、電子光学的に修正することができる。たとえば、２つのウェーブガイド間の領域の屈折率を増加させることができる。これによって、ウェーブガイドの拘束が低減され、個別のモードの空間的広がりが互いの方へ広がり、重なり合いが増大する。この手法を実施するには、２つのウェーブガイド間の領域を、ウェーブガイドが横切る基板の極性に対して逆に極化することができる。電極がウェーブガイドと中間領域の両方を横切って延びる場合、印加電圧によってウェーブガイド間の領域の屈折率が増加し、それに対して２つのウェーブガイド内の屈折率は減少する。その結果、モード拘束が低減され、そのため、２つのモード間の重なり合いおよび結合が増大する。極化領域の縁部で発生する恐れがある望ましくない反射やモード結合損失をウェーブガイド内で誘導しないよう注意しなければならない。このような損失は、たとえばモード変化がウェーブガイドに沿って断熱的に発生するように極化領域または電極の形状をテーパ付けし、反射を最小限に抑えることによって最小限に抑えることができる。断熱的な変化とは、一定の速度で行われる平衡維持プロセスと比べて非常に低速の変化を意味する。この場合は、変化が、ウェーブガイド内で格子のために発生し、光をウェーブガイド特有のモードに維持するエネルギー再分散の速度と比べて低速であることを意味する。２つのウェーブガイド間の結合を変化させる第３の手段は、一方のウェーブガイドの有効屈折率を他方のウェーブガイドに対して変更することである。したがって、ガイドの伝搬定数が変更され、位相整合条件が変更される。この効果を最大にするには、一方のウェーブガイドの電子光学係数が、他のウェーブガイドの電子光学係数の符号とは反対の符号を有するように一方のウェーブガイドを極化することができる。この場合、格子結合は永久もしくは交換格子である。第１の電極は、ウェーブガイドとウェーブガイド間の領域との両方をカバーし、それに対して第２の電極は第１の電極の両側に配設することができる。２つの電極間に電界を印加することによって、一方へのウェーブガイドの伝搬係数が増加し、他方のウェーブガイドの伝搬係数が減少し、したがって伝搬定数の差は最大になる。格子結合プロセスが最大限に効率的になるのは、伝搬定数が特定の差のときだけである。印加電圧を調整することによって、必要に応じて位相整合を調整することができる。この効果を使用して波長同調可能フィルタを形成することができる。第１０図に示した平行ウェーブガイドは非平行でもく、ウェーブガイドは場合によっては直線形でなくてもよい。たとえば、ウェーブガイド間の相互作用強度を空間的に修正する必要がある場合は、ガイド間の離隔距離を空間的に調整することによってこれを行うことができる。このような修正はもちろん、後で説明する平行ウェーブガイド・カプラの実施形態に適用することができる。第１１図を参照すると、反射ビームのプロファイルを制御する交差ウェーブガイド・カプラの代替実施形態が示されている。各実施形態で、格子がカバーする領域は、２つのウェーブガイドの交差領域全体にわたって延びるわけではない。このような格子構造を用いる理由は、第１１図を参照すれば最も良く理解されよう。パワー結合構造２８２は、どのように構成されるかに応じて、射出ウェーブガイドに結合するモード２８４の空間プロファイルをゆがめることがある。空間的に一様であり、９０°など、互いに対して大きな角度をなすように配設された２つのウェーブガイド間の交差領域２８０全体を一様にカバーするパワー・カプラは、非対称プロファイル２８６などの射出ビーム・プロファイルを生成する。入力ビームのパワーは、入力ビームがパワー結合構造または格子を通過する際に減少する。直角交差の場合、反射ビームの近視野プロファイルは、入射ビームの単調に減少するパワーに整合する。非対称プロファイル２８６の欠点は、結合されたパワーの一部しかウェーブガイドに残らない単一モード構造にある。多くのパワーはガイドから失われる。単一モード装置では、射出ウェーブガイドの最下位モードのガウス形空間構成２８８にパワーを結合する構造が必要である。この目標を達成するには、領域２８２を、案内されるモードの消失テールへ延ばさなければならず、相互作用を形状的に変調し、あるいはパワー結合格子の局部強度を空間的に調整することによって変調しなければならない。第１２図および第１３図は、格子の形状構成を用いてこの目的を達成する方法を示す。パワー結合領域２８２内の格子の「デューティ・サイクル」を空間的に変調し、選択された領域の格子のオーダーを変更し、電気制御式結合の場合には、（第６図に示したように電極空間を調整し、あるいは格子電極構造の場合には電極のデューティ・サイクルを調整することによって）印加電界の強度を漸減させることによって、この目的を達成することもできる。格子手段のデューティ・サイクルとは、所与のドメイン・タイプによって占有される各周期の部分を意味し、デューティ・サイクルは位置に応じて変動する。第１２図には、修正された格子構造を含む装置３００が示されている。この装置では、格子領域３１０が、２つの直角ガイド３１６および３１８の矩形交差領域の一部をカバーするが、すべてをカバーするわけではない。格子が非活動化されている場合、入射ビーム３０２はゆがみなしにガイド３１６を通過し、射出ビーム３０８として基板から出る。交差領域の寸法は、２つのウェーブガイドの幅３０４および３０５に整合する。交差領域内の点にパワー結合構造の小さな領域が存在するので、入射ウェーブガイド内のビーム・プロファイルの所与の横セグメントが射出ウェーブガイド内のビーム・プロファイルの所与の横セグメントに結合される。反射ビーム・プロファイルは、伝搬されるこのような位相結合寄与の和で構築される。図の格子領域３１０は、点３１１、３１２、３１３を含む三角形である。格子領域の形状を三角形から修正することができ、局部格子強度を変調することができる。ウェーブガイド間の単一モード結合特性を最適化する格子領域の厳密な形状は、ビーム伝搬法など、確立されたウェーブガイド伝搬技法を用いて算出することができる。単一モード結合格子装置３４０の他の実施形態を第１３図に示す。格子領域３５０は、二重凸状であり、コーナー３５１にある一方の点は、ウェーブガイド３４６および３４８ならびにビーム３３０および３４２に共通のものであり、対向するコーナー３５２上の他方の点は、両方のウェーブガイドならびにビーム３４２および３３２に共通のものである。この構造は、光強度が最大であるビームの中央のパワーの大部分を反射させるという利点を有し、したがって２つのウェーブガイド３４６および３４８の最下位モード間でパワーをよりうまく結合する。格子領域の最適な形状はこの場合も、格子の結合定数に依存する。第１２図および第１３図を参照すると分かるように、第１の電極３２０は、ウェーブガイドと同じ基板の表面上の、格子領域の上方に配設され、第２の電極３２２は、同じ表面上の第１の電極の周りに配設される。２つの電極間の距離は、第１３図に示したように一定でも、あるいは第１２図に一次元で示したように漸減させることもできる。２本のワイヤ３２６を用いて２つの電極に電圧制御源３２４が接続される。したがって、格子領域を通じて電界を印加し、一方の電子光学係数を活動化させ、入射ビームと射出ビームとの間の結合を変化させることができる。例示のために、第１２図は、テーパ付き入射ウェーブガイド・セグメント２８７およびテーパ付き射出セグメント２８９も示す。入射ビーム２８５がテーパ付きセグメント２８７内で断熱的に膨張し、交差面積を増大させ、それによって格子３１０からの全反射を増大させる。格子は膨張したビーム２８５を射出ビーム３０８に反射させることが可能である。必要に応じて、射出ウェーブガイドは、射出ビームの幅を減少させるためにテーパ付きセグメント２８９を含むこともできる（別法として、後でのビーム切替相互作用のために必要に応じて射出ビームの幅を広くすることができる）。格子は、２つのウェーブガイドの交差領域を越えて延びることができる。格子を入射ウェーブガイドに沿って延ばすことによって、交差領域の後の残余透過光をウェーブガイドから除去し、通常は放射モードに結合することができる。格子を拡張することによって、切替アレイ内の光チャネル間のクロストークが最小限に抑えられ、個別のウェーブガイドは、長さに沿って複数の信号チャネルを伝搬させることができる。具体的には、本発明によって、格子を同調させる手段が企図される。同調を行ういくつかの実施例を第１４図ないし第１７図に示す。第１４図を参照すると、直角入射反射格子の強度および中心波長が単一の電圧源４２６によって制御されるバルク光学装置４００がある。この装置はパターン極化格子領域４１０からなり、この領域は、材料の対向表面上の２つの電極４２０および４２２によって電子光学的に活動化され、導体４２４によって４２６に接続される。格子の強度および中心周波数は、装置の２つの電極間に単一の電圧を印加することによって同時に同調される。格子の平均屈折率は、印加電界と共に変化し、電界に比例する格子の中心波長を変化させる。平均屈折率は、様々なタイプのドメインにおける加重屈折率変化を合計することによって、周期格子における格子の単一の周期にわたって算出される。加重係数は、入射ビーム４０４の光路に沿った各ドメイン・タイプの物理的長さ４１６および４１８である。周波数同調に関する条件は、電界によって平均屈折率が変化するように、加重和が零に等しくならないようにすることである。屈折率と光線が横切る物理的距離との積を光学的距離と呼ぶ（屈折率は、ウェーブガイド装置の有効屈折率で置き換えられる）。２種類のドメインを横切る平均光学的距離がほぼ等しい（応用例のニーズによって決定される誤差範囲内でほぼ等しい）場合、２種類のドメインを含む格子では５０％デューティ・サイクルが得られる。平均は、チャープ格子、または非周期格子、またはより一般的な他のタイプの格子が可能になるように多数の後続のドメインにわたって求められる。一般に、ドメインはそれぞれの異なる屈折率、ならびにそれぞれの異なる電子光学係数を有することができる。同調に関する一般的な条件は、それぞれの異なるタイプのドメイン内でビームが伝わる物理的距離で表される。各ドメインごとに、全光学進相は、ビームが伝わる光学的距離（その２π／λ倍）によって与えられる。しかし、進相の変化は、印加電界と、適当な電子光学係数と、物理的距離（その２π／λ倍）の積によって与えられる。光波の受ける屈折率の平均変化は、長さｌ（そのλ／２πｌ）の材料の断面内で光波が横切ったすべてのドメイン内の進相の変化の和に等しい。平均屈折率のこの変化は、δλ／λ＝δｎ／ｎに従ってピーク相互作用波長の変化を決定する。格子強度は、この構造の波長と同時に変化するが、そのような同時変化は望ましくないこともある。この構造は、同調を行う際に中心となる動作点が、波長同調範囲全体にわたって応用例に関する十分に高い格子強度を維持するように設計することができる。あるいは、下記で第１６図および第１７図に参照して説明するように、別の同調構造を使用することもできる。平均屈折率の変更は、多数の異なる手段によって行うことができる。１つの方法は、無作為な非電子光学的活性ドメイン４１４と電子光学的に活性のドメイン４１２を交互に配置することである。電子光学的に活性の領域は極化ドメインであり、それに対して非電子光学的活性領域は無作為に極化することも、あるいは非極化することも、あるいは放射不能にすることもできる。したがって、電界によって、格子全体にわたって平均屈折率が増加する△ｎ_avg。第１４図の極化無作為構成では、△ｎ_avgは、活性ドメイン４１２の屈折率変化とデューティ・サイクルの積に等しい。デューティ・サイクルは、長さ４１８を長さ４１８と長さ４１６の和で除した値に等しい。この技法を使用して達成できる同調可能性は、極化無作為構造ではλ△ｎ_avg／ｎである。ここで、λは光波長であり、ｎは材料の最初の（有効）屈折率である。ニオブ酸リチウムにおいて１．５５μｍの波長および１０Ｖ／μｍの電界を仮定すると、５０％デューティ・サイクル構造の場合の同調範囲は１．１ｎｍである。入射ビーム４０４が格子の帯域幅内にあるとき、格子はビームを再帰反射射出ビーム４０２に結合する。そうでない場合、入射ビームは、透過射出ビーム４０６を形成する。この動作を、ドメイン反転の場合と同様に、２つのドメイン・タイプが同じ電子光学係数を有するが互いに逆の極性を有する５０％デューティ・サイクル格子の動作と対比されたい。この後者の場合、第１のドメイン・タイプの屈折率変化が他方のドメイン・タイプの屈折率変化を打ち消すので、平均屈折率は変化しない。５０％デューティ・サイクル・ドメイン反転格子は、その中心周波数を同調させない。ドメイン反転格子の平均有効屈折率を変化させる代替手段は、長さ４１６が長さ４１８に等しくない極化ドメイン領域に非５０％デューティ・サイクルを使用することである。この技法を使用して得ることができる同調可能性は、（２Ｄ− １）△ｎλ／ｎである。ここで、Ｄは最大ドメイン・タイプのデューティ・サイクルである（Ｄ＞０．５）。たとえば、７５％デューティ・サイクル、１．５５ μｍの波長λ、１０Ｖ／μｍの電界をニオブ酸リチウムにおいて用いる場合、同調範囲は０．５４ｎｍである。ドメイン反転格子はまた、第２のドメイン・タイプが電子光学的に活性ではない格子よりも強力である。第１５図には、同じ平均屈折率効果を使用するウェーブガイド装置４４０が示されている。この場合、格子領域４５０内のウェーブガイド４４２の平均有効屈折率は印加電界と共に変化し、格子の中心波長を変化させる。好ましくは、材料の同じ表面上に配置される、第１の電極４６０と第２の電極４６２との間に電界を印加するために電圧制御源４６６が使用される。平均有効屈折率は、非電子光学的活性ドメインや、非５０％デューティ・サイクルを有するドメイン反転格子を含め、様々な形状によって達成することができる。入射ビーム４４５が格子の帯域幅内にあるとき、格子は、ビームを再帰反射射出ビーム４４４に結合する。そうでない場合、入射ビームは透過射出ビーム４４６を形成する。第１６図に示したように、ウェーブガイド装置４８０内の格子の同調可能性を拡張する手段は、ウェーブガイド上に第２の電子光学材料４８２を付着させクラッディングを形成することである。クラッディングは、ウェーブガイド内を伝搬する光波に対して透過的であるべきであり、屈折率を調整可能に修正できるように電界に反応すべきである。平均有効屈折率は部分的には、クラッディングの屈折率によって求められる。第２の材料は、基板よりも高い電子光学係数を有することができる。液晶およびポリマーは、クラッディングとして使用できる材料の好例である。クラッディングの屈折率は、案内されるビームの大部分がクラッディング内を伝搬するように案内領域の屈折率に近いことが好ましい。この実施形態ては、極化格子４９０全体にわたって電界を印加するために第１の電極５０２が基板上で第２の電極５０４に囲まれる。電極をクラッディングの下方の、基板の真上に配置することが好ましい。第１６図に示したように、第１の電極５０２をウェーブガイド４８４の真上に位置決めする場合、第１の電極を光透過性材料で構成しなければならない。電極は、ウェーブガイド４８４のどちらかの側に配設することもでき、その場合は透過性である必要はない。クラッディング上の、ウェーブガイドおよび第１の電極の上方に第３の電極５０６が位置決めされる。この実施形態では、格子の中心波長と強度は別々に制御することができる。格子強度は、２本のワイヤ５１３、５１４によって第１の電極および第２の電極に接続された第１の電圧源５１０によって制御され、それに対して格子の中心波長は、２本のワイヤ５１４および５１５を用いて第１の電極と第３の電極との間に接続された第２の電圧源５１２によって制御される。代替電極構成では、２つの電極しか使用されず、これらの電極は共に、誘導された電界が格子の上方のクラッディング材料と格子構造自体の両方を貫通するようにクラッディング材料上に位置決めすることが好ましい。その場合、単一の電圧源は、中心波長と格子強度の両方を制御するが、それらを独立に制御するわけではない。電子光学活性クラッディングを用いて達成できる同調可能性の程度は、案内されるビームのどの部分がクラッディング内を伝搬するかに依存する。２つの屈折率が比較的近く、そのため、ビームの１０％がクラッディング内を伝搬する場合、案内されるモードの有効屈折率の平均変化は、クラッディングの屈折率の変化の１０％に等しい。クラッディングの屈折率変化が０．１である場合、同調可能性は７ｎｍ程度である。第１７図は、個別に制御可能ないくつかの格子５３０、５３２、５３４からなる離散的に同調可能な格子装置５２０の実施形態を示す。格子は直列に配置され、すべての格子は入射ビーム５２２、前進ビーム５２６、反射ビーム５２４の経路内にある。構造内の個別の各格子を小さな範囲にわたって連続的に同調させることもできる。第１７図の各格子は、第１の電極５４２と第２の電極５４４とを有し、これらの電極はワイヤを用いて電圧制御網５５２に接続される。格子を一度にオンに切り替えて、一度に反射されるのが小さな通過帯域内の１つの波長だけになるようにすることも、あるいは複数の格子を同時に切り替えて、別々に制御される中心波長および帯域幅を有するプログラム可能な光フィルタを形成することもできる。格子自体は、各格子で複数の周期が可能であることを含め、前述の様々な変形態様を用いて実施することができる。この構造は、バルクとして実現することも、あるいはウェーブガイド装置として実現することもできる。後者の場合、光学ウェーブガイド５２８は、極化格子に交差するように基板上に製造される。極化ドメイン５３６は、ウェーブガイド内でのみ延びることができ、必ずしも材料全体にわたって延びる必要はない。２つの電極は共に、（より高い電界強度を得るために）ウェーブガイドと同じ基板の面ウェーブガイドに配設することが好ましい。すべての格子の第２の電極を図のように接続し、電気接続の数を最小限に抑えることができる。別法として、個別に対処可能な格子構造はバルク装置であってよく、その場合、ウェーブガイド５２８は省略され、極化領域５３０、５３２、５３４は、伝搬する光モードに重なり合うのに十分な深さを有するように最適に製造される。その場合、各格子を制御する２つの電極は、たとえば単一の格子に関する第２図で示したように、電界の貫通を最適化するように材料の対向面上に最適に位置決めされる。電極間の電界のフリンジングのために生じる隣接する格子間の交差励起は、格子−電極群を基板の厚さに匹敵する量だけ分離し、あるいは挿入される一定電位電極を追加することによって最小限に抑えることができる。格子を同調させる代替手段は、活性材料の温度を変動させることである。この同調は、熱膨張および熱光学効果の２つの効果のために行われる。それぞれの異なる材料では、この２つの効果のどちらかが、熱で誘導される同調を支配する。ニオブ酸リチウムでは、より大きな効果は熱膨張であり、最大（ａ軸）膨張係数 △Ｌ／Ｌは＋１４×１０^-50Ｃ^-1であり、それに対して通常の軸に関する熱光学係数△ｎ₀／ｎは＋５．６×１０^-60Ｃ^-1である。温度範囲が１００℃の場合、この２つの効果の組合せのために、全波長同調範囲は２．６ｎｍになる。多数の目的のために、一般的な周波数内容を有する極化格子を作製することが望ましい。たとえば、複数の相互作用ピークが必要であることも、あるいは単により広い相互作用帯域幅が必要であることもある。この目的を達成するには、所望の周波数を含む所与の数学的関数に対応する極化領域境界のパターンを決定する何らかの方法が必要である。第１８図は、任意の移相を含む単一の周波数の場合のプロセスの結果を示す。次に、第１８図を参照すると分かるように、光学移相５６４および５６５を正弦関数５６０に沿った１つまたは複数の位置に組み込み、波長構造を修正することができる。この関数の平均レベルは、直線５６１によって与えられる。通常の極化プロセスによって得ることができる、同じ移相を含む対応する方形波関数５６２も示されている。連続関数を方形波関数に変換するために、曲線５６０が平均５６１正弦波を超える領域５７０は、あるタイプのドメインに対応し、それに対して、曲線５６２が５６１よりも下方に位置する領域５７２は、第２のタイプのドメインに対応する。方形波曲線５６２をフーリエ変換した結果は、正弦波周波数の高調波よりも低い低周波数範囲における、正弦関数５６０を変換した結果と同じ周波数成分を有する。この手法は、帯域幅が搬送波周波数の小さな部分を超えないかぎり、任意のタイプの一般的な周波数分布に有効である。移相格子は、たとえば、格子２２内のドメイン壁３４の位置を周期関数ではなく第１８図のパターン５６２によって決定することができる、第２図の装置など、本明細書で説明する任意の装置で実施することができる。移相パターンは、所望のパターンを組み込んだ極化マスクを用いて制御することができる。同様な技法を使用して任意の複数の周期格子を指定することができる。格子に存在する各周期は、所望の振幅の対応する正弦波によってフーリエ級数（または積分）で表される。すべての光波が加えられ、その結果としての光波が形成される。結果的な光波の正の部分は、あるタイプのドメインに対応し、それに対して負の部分は第２のタイプのドメインに対応する。重畳される格子の数は基本的に、任意の数に増加させることができ、実際には最小微細形状寸法によって制限される。第１９図は、重畳された多重周期格子装置５８０を製造する代替方法を示す。ウェーブガイド内の単一のビームと相互作用する、切替可能な単一周期的極化格子５８２と永久レリーフ格子５８４とを含む２格子ウェーブガイド構造が示されている。図では、案内される光波モードの消失テールが金属電極と重なり合ったときに発生する損失を低減させるためにレリーフ格子上にコーティング５８８が配設されている。このコーティングは、本明細書で説明するすべての要素に関する重要な設計最適化要素であり、各電極構造と隣接する光学ウェーブガイドとの間に塗布すべきである。絶縁破壊の確率を低減させるうえで、本明細書で説明するすべての要素内の電極の上方のコーティングも有用である。この重畳構造内の電気制御可能な格子は、ワイヤ６０６によって電圧制御源６０８に接続された一対の電極６０２および６０４によって切り替えられる。ウェーブガイドのどちらかの面上で、第１の電極６０２がウェーブガイドの上方で心合わせされ、それに対して第２の電極６０４が、第１の電極に平行に延びることが好ましい。図の装置はウェーブガイド装置であり、入射ビーム５９０、ならびに透過射出ビーム５９２および反射射出ビーム５９４を拘束するウェーブガイド５８６を含む。多重周期格子構造は多数の方法で構成することができる。たとえば、周波数スペクトル中の複数の独立のピークが多重周波数フィードバック・ミラーとして有用であることがある。プロセスをイネーブルするための固有の２つの周期を組み込んだ単一の格子で２つの動作（たとえば、位相整合および反射）を行うことができる。最後の例として、格子の構成要素の位相および振幅が２つの偏光モードに対する効果が等しくなるように調整された格子を製造し、偏光の影響を受けない構成要素を形成することができる。周期構造の他の有用な修正はチャープ周期である。中心波長が格子の一端から他端へ変化するように、格子構造の長さに沿って、周期を次第に増減させることができる。したがって、格子の波長帯域幅は、定周期格子の波長帯域幅にわたって広げられる。格子を横切るチャーピングは必ずしも線形ではない。チャープ速度の変動に応じて、周波数空間中の多数の異なる波長反射プロファイル（たとえば、方形波、ローレンツ曲線形）を得ることができる。前述のように、チャープされる格子のそれぞれの異なる部分の強度を修正するように、デューティ・サイクルまたは励起電界の強度、あるいはその両方を空間的に調整することもできる。格子のデューティ・サイクルは、必要に応じてマスクによって制御することができる。電界強度は、たとえば第６図に示したように電極の離隔距離を調整することによって制御することができる。第２１図および第２２図に示したように、多重ピーク構造を有する２つの別々の格子を含む構造で広スペクトル同調可能装置を実現することができる。第２０図は、このような装置の基本原則を示し、マルチピーク・コーム（multioeak co mb）透過（または反射）プロファイル６２０および６２２を、そのような２つの格子に関する光周波数の関数として示す。第１の格子プロファイル６２０は、第１の周期６２６によって分離された透過ピークを有し、それに対して第２の格子プロファイル６２２は、第１の格子プロファイルとはわずかに異なる第２の周期６２４によって分離されたピークを有する。重要な概念は、この装置を、両方の曲線のピークの重なり合いによって決定される周波数（周波数ν₁）でのみ動作させることである。同調は、格子の透過ピークのコーム(comb)を互いに同調させることによって行われる。２つのコームのそれぞれの異なる透過ピークが、相対周波数シフトの様々な範囲内で互いに重なり合い、そのため、組み合わされた格子の正味透過は、熱同調または電子光学同調のみで達成できるよりもずっと広い波長範囲にわたって離散的にジャンプする。ピーク分離が１０％だけ異なる第２０図の例では、第１の格子の周波数を周波数分離６２６の１０％だけ増加させた場合、１つ上の周波数ピークどうしが重畳し、同調量よりも１０倍大きな有効周波数が得られる。第２１図には、２つの格子６５０および６５２が単一のウェーブガイド６４２の上方に配置された、装置のウェーブガイド実施形態が示されている。入射ビーム６４４は部分的にビーム６４３として反射され、ビーム６４５として透過する。第１の電極６６６および第２の電極６６８は、それらの電極に接続された第１の電圧源６６２がその格子を活動化するように第１の格子６５０の周りに位置決めされる。第３の電極６６４は、第２の電極と共に、第２の格子６５２の周りに位置決めされる。第２の格子は、第２および第３の電極に接続された第２の電圧源６６０によって制御される。好ましい実施形態では、各格子は、第２０図に記載したように多重ピーク構造であり、装置は周波数ホップ同調リフレクタを形成する。第２０図の曲線によれば、格子は広帯域リフレクタとして構成され、透過率が高い等間隔の周波数のコームを除いて、ほぼすべての入射放射周波数を反射させる。したがって、縦続格子は、２つの透過ピークがν₁で重なり合う場合を除いて、第２０図に示した周波数範囲内のすべての周波数を反射させる。２つの格子の反射を、同位相で付加されて反射ビーム６４３を形成するように構成すれば、透過スペクトルは、２つの透過曲線６２０および６２２の積にほぼ等しくなる。一方の格子の中心周波数を同調させると、ν₁での単一の透過ピークは隣接する次のピークにホップし、次いで次のピークにホップし、以下同様である。そのような構造は、たとえば波長分割多重化（ＷＤＭ）通信システムにおける電気同調受信機で特に有用である。受信機は、特定の帯域内の入射光のみを検出し、それに対して他の周波数では光の影響を受けないように構成することができる。上記で分かるように、デューティ・サイクルが７５％のドメイン反転格子における１０Ｖ／μｍの電界を仮定する場合、格子構造は約０．５ｎｍだけシフトすることができる。個別の周波数ピーク６２８の幅が周波数分離の約１００分の１よりも狭い場合、この連続同調範囲を使用して、５０ｎｍ範囲内のおそらく１００個の帯域にわたって構造６４０の不連続同調を行うことができる。入射光の周波数がたとえば第２０図の曲線６２０の透過帯域内にしか存在しないことが分かっている場合、基本的にモアレ効果を使用して、曲線６２２の透過スペクトルを有する単一の格子構造しか含まない装置を実現することができることに留意されたい。スペクトル６２２の中心周波数を同調させることによって、１つの所望の帯域を選択し、同時に残りの所望の帯域を反射することができる。この場合、第７図のＴ字形構造が特に興味深い。その場合、複数の周波数成分を含む入射ビーム１１２は、（本明細書て説明する同調向けに構成された）格子構造１００によって、検出しあるいはその他の方法で処理することができる単一の透過ビーム１１６と、他のすべての周波数成分を含む反射ビーム１１４に分割される。ビーム１１４に含まれるパワーは失われず、たとえば通信網内の他のノードへ経路指定することができる。この基本構造から、たとえば、第２０図のスペクトルが透過曲線ではなく個別の格子の反射曲線である他の変形態様を形成することができる。この場合、この構造は、反射ピークの周波数が互いに整列し、反射率が反射波の相対位相に応じたものであるときにエタロンとして働く。そうでない場合、この複合構造の正味反射は基本的に、２つの個別の構造の反射曲線の和である。２つの格子間の光路長６５３を調整することによって２つの反射の相対位相を最適化することが重要である。相対位相は、２つの格子構造６５４と６５５との間で（たとえば第２２図に示した）電子光学構造を使用して光路長６５３を調整することによって制御することができる。ニオブ酸リチウム結晶および１．５μ ｍの入射波長の場合、（１０Ｖ／μｍのｚ軸印加電界を使用して）２条のビーム間の相対位相を最大で±πに調整するには、少なくとも２５０μｍの格子間活動化距離が必要である。格子が同調向けに構成されていない（平均屈折率が印加電圧から独立するように構成されている）場合、任意選択で適用領域によって一方の格子の強度（しかし、周波数ではない）を制御することができる。２つの格子が共に同調される場合、狭い範囲の連続同調が行われる。電子励起の代替策または補助策として、チップの熱制御または機械的制御を通じて、２つの反射の位相および格子のピーク波長をすべてまとめて変動させることができる。第２２図は、フェーズ・シフタ部６３５によって分離され、特性自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を有する一体型エタロン６４０を形成する２つの格子リフレクタ６３３および６３４を概略的に示す（構造６３０は、第２１図の構造とほぼ同じであり、ウェーブガイド６３６が横切る電子光学材料の領域を作動させることができる電極からなるフェーズ・シフタ部が追加されている）。説明を簡単にするために、一様単一周期格子のケースを考えるが、個別の格子は一般に、より複雑な構造であってよい。格子は固定することも、あるいは電子的に作動させることもできる。フェーズ・シフタ部６３５に印加される電圧を調整することによって、２つの格子からの反射を同位相で組み合わせ、基準周波数のビームを得ることができる。２つのビームの周波数をＦＳＲの倍数ごとに分離する場合、第２の周波数のビームも同位相で加えられる。ＦＳＲは、２つの格子間の光路長に反比例するので、光路長を選択することによってエタロン装置の反射ピーク構造の密度が決定される。一例を挙げれば、ニオブ酸リチウムにおいて２２０μｍごとに分離された２つの短い高反射格子は、１ｎｍの倍数ごとに分離された格子反射ピークを有することができる。第２０図に記載した多重ピーク構造６２０または６２２はそれぞれ、一体化エタロンとして実施することができる。２つの格子６９０および６９２が２つの別々のウェーブガイド６８２および６８４を横切って延びる二重格子Ｙ字形実施形態を第２３図に示す。一般に、Ｙ字形接合は、平面または立体内に存在することができる、入射ウェーブガイドと複数の射出ウェーブガイドとを有する。Ｙ字形接合部６８８を用いて第１のウェーブガイド６８６に２つのウェーブガイドが接続される。入射光線ビーム６９１のパワーは、入射ビーム６９１の約５０％が各格子に入射するように第２のウェーブガイド６８２と第３のウェーブガイド６８４との間で分割される。２つの格子は、簡単な反射構造を有することも、あるいは一連の高反射ピークを有することもできる。格子は不変のものでも、あるいは電子的に調整可能なものでもよい。後者の場合、格子を励起する電極６９４および６９６が設けられる。その場合、ウェハを横切って（あるいは第２１図と同様に、ウェーブガイドと同じ表面上の、他の電極に隣接する位置に）共通の電極６９８が設けられる。ウェーブガイドの２つの分岐の相対光路長は、一方のウェーブガイド上の電子光学活動領域の上方に配設された電極６８９によって調整することができる。位相調整電極６８９上の電圧を調整することによって、２条の逆伝搬反射ビームを、Ｙ字形接合部で出会うときに同じ位相を有するように調整することができる。反射されたモードは重なり合い、２つの光波の相対位相に応じて位相の中心が断続する波面プロファイルを形成する。組み合わされた光波が伝搬する際、ガイドの領域内の光モードの空間濃度は、移相の影響を強く受ける。光波が同じ位相を有する場合、プロファイルは対称モードを形成し、このモードが入射上の最下位モードに効率的に結合され、再帰反射射出ビーム６９３が形成される。Ｙ字形接続部で異なる位相で組み合わされる２つの反射ビームは、ウェーブガイド６８６の対称モード（最下位モードなど）への結合力が非常に弱い。ウェーブガイド６８６が単一モードである場合、この反射エネルギーはウェーブガイドから拒絶される。したがって、電極６８９を有するＹ字形接合部の一方のアームの光路長を調整することによって、反射をほぼ１００％から零に非常に近い値に迅速に調整することができる。さらに、格子を、本明細書で説明する同調可能な構成のうちの１つにおける電子的に同調可能なリフレクタとして実施する場合、変調反射特性をスペクトルのそれぞれの異なる領域にシフトすることができる。第２４図を参照すると、極化格子７２２を使用する切替可能ウェーブガイド・モード変換器７２０が示されている。ウェーブガイド７３０は、入射モードと射出モードの両方をサポートすることが好ましく、これらのモードは２つの横モードでも、あるいは２つの偏光モードでもよい（たとえば、ＴＥおよびＴＭ）。ウェーブガイド内の２つのモードは通常、それぞれの異なる伝搬定数を有し、これらの伝搬定数は、モードの有効屈折率によって決定される。格子７２２は、接続部７４６によって電位源７４４に結合された電極７４０および７４２によって電気的に励起される。格子周期Λ（７２４）は、２つのウェーブガイドの伝搬定数の差の大きさが格子定数２πｎ／Λに等しくなるように選択される。格子がオンのとき、格子は、２つのモード間の結合が位相整合されるように２つのウェーブガイドの伝搬定数の差を構成する。格子の格子強度および装置相互作用長は、入射モードから射出モードへのパワーの流れを最適化するように設定すべきである。あるモードから他のモードへの正味パワー変換率は、電子光学係数（ニオブ酸リチウムではｒ₃₁）の強度および電界の強度によって決定される。２つの横モードの場合、結合は、格子構造が存在するときの２つのモードの空間的な重なり合いと、格子の強度に依存する。２つのモードが対称性によって直交し、モードが位相整合される場合でも、対称構造が変換されないことがある。この場合、位相整合構造自体を非対称的なものにして問題を解消することができる。第２４図の好ましい実施形態では、極化構造を励起する電界を介して非対称性を導入することができる。電界の垂直成分は、２つの電極７４０と７４２の中間で符号が反転する。電極をウェーブガイド上で心合わせし、それぞれの異なる対称性を有する横モード間のモード変換を最適化することが最適である。同じ対称性を有する横モードを結合するときには逆のことが当てはまる。この場合、位相整合構造を対称的なものにして変換を最適化すべきである。いくつかの代替手法を使用することもできる。３電極構造は、電界の対称垂直成分と、非対称水平電界とを有する。水平電界を１つの水平結合電子光学係数と共に使用して、それぞれの異なる対称性を有するモードを結合することができる。あるいは、極化構造が、ウェーブガイドをほぼ二等分する位相反転平面を有することもでき、その場合、電界の対称成分を使用して、それぞれの異なる対称性を有するモードを結合することができる（３つの電極の場合は垂直電界、２つの電極の場合は水平電界）。２つのモードの伝搬定数は波長に強く依存するので、それらのモードの相互作用のビート長も波長に依存する。したがって、２つのモード間の結合領域の長さが与えられた場合、第２のモードに結合されるパワーは周波数の影響を受ける。結合には周波数帯域幅が関連付けられる。所与の格子強度では、帯域内入射ビームが射出モードに結合され、この射出モードが、結合された射出ビームとして射出し、同時に、入射ビームの残りの部分が、透過射出ビームとして第１のウェーブガイドから出る。第２４図に示した構造を使用して、ＴＥ偏光モードとＴＭ偏光モードを結合することもできる。電子光学係数ｒ₃₁によって、たとえばニオブ酸リチウムにおける２つの直交偏光を結合することができる。前述のように、格子の周期は、格子定数が２つのモード間の伝搬定数の差に等しくなるように選択される。相互作用長は、パワー伝達を最適化するように選択される。ＴＥモードとＴＭモードの両方をサポートするチタン内部拡散ウェーブガイドなどのウェーブガイドは、両方の偏光が変換器に出入りすることができる応用例で使用される。１つの偏光（ｚカット・ニオブ酸リチウム基板ではＴＭ、ｘカットまたはｙカットではＴＥ）しかサポートしない陽子交換ウェーブガイドなどのウェーブガイドは、単一の偏光が必要とされる応用例で有用である。そのような１偏光ウェーブガイドは、他の偏光に対する非常に有効なフィルタとして働くことができる。誤った偏光成分は、回折のためにウェーブガイドから急速に分散し、案内される偏光のみがウェーブガイドに残る。たとえば、陽子交換射出ウェーブガイド７３１は、必要に応じて、入射偏光のみ、あるいは射出偏光のみを案内するように働くことができる。この装置は、格子の結合が強力であり、相互作用長および電界が正しく選択された場合、優れた透過機能および消光機能を有する光学変調器として使用することができる。陽子交換ウェーブガイドと共に構成された変調器は、ほぼすべての正しく偏光された入射光を透過させ、垂直に偏光されたモードに結合される光をほとんど透過させない。別法として、入射時にどちらかの偏光を受け入れるように入射ウェーブガイドをチタン内部拡散することもできる。ＴＥモードのプロファイルとＴＭモードのプロファイルがうまく重なり合い、結合効率が最大になるように、２つのビーム用のウェーブガイドを形成する屈折率プロファイルは類似していることが好ましい。ｒ₃₁係数を活動化するには、結晶のＹ軸またはＸ軸に沿って電界を印加する。適当な電界方向を達成する電極構成は、結晶のカットに依存する。ｘ軸に沿って配向されたウェーブガイドを有するｚカット結晶では、ウェーブガイドのどちらかの側に第１の電極および第２の電極を配置することができる。あるいは、ｘ軸に沿って配向されたウェーブガイドを有するｙカット結晶では、ウェーブガイドの真上に第１の電極を配置し、ウェーブガイドのどちらかの側に第１の電極に平行に第２の電極を配置することができる。格子７２２内の極化ドメインは、バルク基板（厚さ０．５ｍｍ以上など）内を延びるように構成することができるので、第２４図の構造は、制御可能なバルク偏光変換器にも有用である。この場合、ウェーブガイド７３０は不要であり、電極は極化材料の薄いバルク・スラブのどちらかの側に最適に構成される。第２５図を参照すると、Ｙ字形パワー・スプリッタ７０２と横モード変換器７０４とを組み込んだ切替ビーム・ディレクタ７００が示されている。このモード変換器は、上記で第２４図に関して説明した横モード変換器と同様に機能する。格子構造７０６は、ウェーブガイド７０８に入射した最下位（対称）モードからウェーブガイドの１つ上の（非対称）モードへのエネルギー変換を位相整合する。ウェーブガイドと格子構造か重なり合う相互作用領域の長さおよび強度は、入射信号対称モード・パワーの約半分を上位の非対称モードに変換するように選択される。さらに、格子モード変換器部７０４とＹ字形スプリッタ７０２との間の光路長は、２つのモードの位相が、Ｙ字スプリッタの一方の枝７１２では建設的に組み合わされ、他方の枝７１３では破壊的に組み合わされるように選択される。この結果、パワーは主として、建設的な干渉と共にウェーブガイド７１２に経路指定され、他方のウェーブガイド７１３へのパワー漏れはほとんどない。この状態では、ガイド７１３内の逆伝搬パワーは基本的に、モード・カプラ７０４の後にガイド７０８内の逆伝搬モードに結合されることはない。この装置は、順方向では効率的なパワー・ルータを形成し、逆方向では絶縁構造を形成する。格子モード変換器部７０４とＹ字形スプリッタ７０２との間の光路長を調整することによって、射出パワーをガイド７１２からガイド７１３に切り替えることができる。これを行うには、２つのモードの位相が互いにπだけずれるように最下位モードおよび１つ上のモードの相対光路長を調整し、次にガイド７１３内で建設的な干渉を発生させ、ガイド７１２内で破壊的な干渉を発生させる。相対経路長の調整は、電極対７１１および７０９を電圧源７１４を用いて励起し、基板７０３、好ましくはニオブ酸リチウム（しかし、タンタル酸リチウム、ＫＴＰ、ＧａＡｓ、Ｉｎｐ、ＡｇＧａＳ₂、水晶など、光波に対する透過性を有する電子光学材料であってよい）中の電子光学効果を介して電極７１１の下方の屈折率を変化させることによって、経路長調整部７０５で行われる。電極７１１の下方のウェーブガイド７０８の伝搬距離は、２つのモードの相対位相を少なくとも所望の量だけ変更できるように励起電圧と共に選択される。格子７０６は、当技術分野で知られている技法で製造された永久格子でよい。しかし、装置の機能を最適化するには、対称モードと非対称モードでほぼ等しいパワーを有することが望ましい。既存の製造技法でこの目標を達成するのに十分な制御を行うのは困難であり、したがって格子強度をいくらか調整することが望ましい。この調整可能性は、電極７０９および７１０によって励起される少なくともいくつかの極化格子部を使用することによって達成することができる。電極７０９および７１０は、電源７１５によって駆動され、所望のモード変換を行い、あるいは組合せ極化永久格子の強度を調整するために格子部自体によって使用することができる。入射ウェーブガイド７０８は、横モード・カプラ７０４とＹ字形スプリッタ７０２との間で２つのモードを案内することができるように（好ましくは断熱的）テーパ７０１を組み込んだ単一モード・ウェーブガイドとして最もうまく実施される。ウェーブガイド７１２および７１３は共に単一モードであることが好ましい。この装置では、対称性が逆であるかぎり任意のオーダーのモードを使用することができるが、相互接続のために、入射レグおよび射出レグで最下位モードを使用することが最も望ましい。中間励起モードはそれほど重大なものではなく、たとえば上位非対称モードであってよい。第２６図は、入射ウェーブガイド７５２が相互作用領域７５３に沿って並列ウェーブガイド７５４に結合される並列ウェーブガイド切替可能共振器７５０を示す。格子リフレクタ７５５および７５６は、ガイド内を伝搬する光を再帰反射させるようにウェーブガイド７５４を横切って配設される。分離されたリフレクタ対とウェーブガイド７５４は、入射ウェーブガイド７５２に結合された一体型エタロンを形成する。結合領域７５３の長さと、結合領域内の並列ウェーブガイドの離隔距離は、入射ビーム７５７のある所望の部分Ｔがウェーブガイド７５４に結合されるように選択される。エタロン構造７５４、７５５、７５６に結合された光は、リフレクタ７５５と７５６の間で共振し、ウェーブガイド７５２内の２つの主射出チャネル、すなわち順方向伝搬波７５９および逆伝搬波７５８に結合される。エタロン内で循環するパワーの同じ部分Ｔは、２つの射出チャネル７５８および７５９のそれぞれに結合される。エタロンに関して言えば、一体化エタロンは、幅が共振器の損失に依存し分離が自由スペクトル範囲に等しい周波数空間中の複数のピークで構成された周波数受け入れ構造を有する。入射ビーム７５７の光周波数がこれらの共振周波数のうちの１つに合致する場合、エタロン内で循環するパワーは、Ｐ_circ＝Ｐ_incＴ／（Ｔ＋Γ／２）²によって求められる値Ｐ_circまで蓄積される。ここで、Ｐ_incは、ウェーブガイド７５２内の入射パワー７５７であり、Γは、ウェーブガイド７５２内の順方向伝搬波７５９および逆伝搬波７５８に結合される出力を含まないエタロンの損失であり、結合が弱く、損失が少ないものと仮定している。ウェーブガイド７５２内で逆方向へ伝搬するエタロンからの射出結合波は、反射波７５８を形成する。ビーム７５８中の反射パワーは、共振のピーク時にはＰ_ref＝Ｐ_i _nc ／（１＋Γ／２Ｔ）²に等しい。Ｔ＞Γ／２のときは、ほぼすべての入射パワーが反射される。ウェーブガイド７５２内で順方向へ伝搬するエタロンからの射出結合波は、（空洞共振時に）入射波７５７の非結合部分とは異なる位相を有し、２条のビームは破壊的に干渉し、低振幅射出ビーム７５９を生成する。２条のビームの振幅は等しくないので、射出ビーム７５９中の残留パワーＰ_trans ＝Ｐ_inc／（１＋２Ｔ／Γ）²は完全に零ではないが、非常に近い値にすることができる。結合Ｔを、エタロンの損失Γと比べて非常に大きな値にする場合、装置の透過率は大幅に抑制される（Ｔ＝１０Γの場合は２６ｄＢ）。その場合、この構造は、ＦＳＲごとに分離された周波数のコームで非常に損失の低いリフレクタとして働く。この装置は、２つのリフレクタ７５５と７５６の間の光路長を変化させることによって切り替えることができる。電極７６１および７６２は、ウェーブガイド７５４を通じてミラー７５５と７５６の間で電界を生成するように配設される。電圧源７６３を用いて電極が励起され、電子光学効果を介して電極７６１の下方の基板の有効屈折率が変化し、それによってミラー間の光路長が変化し、一体化エタロンの共振がシフトされる。共振が、共振の幅と入射ビームの周波数帯域幅のどちらかよりも大きくシフトされた場合、反射が零に低下し、エタロン内の循環パワーが約Ｐ_incＴ／４に抑制されたときに透過率がほぼ１００％に増加する。格子７５５および７５６は、永久格子でも、あるいは上記の図に示し、かつ前述したように電極によって励起される極化格子でもよい。格子７５６が極化格子である場合、格子をオフに切り替えることによって装置を切り替えることもできる。格子７５６がオフであり、すなわちビームを反射しない場合、入射波７５７の損失は結合定数Ｔに等しくなるが、この場合、コーム構造は、電極７６１によって周波数シフトされるのではなく、なくなる。この２つの動作モード間の切替機能の違いは、たとえば、周波数を変化させるのではなく反射を切り替える必要がある広帯域入射信号に関して重要である。単一周波数入射ビームの場合、反射は、電極７６１を用いて光路長を変化させ、あるいはミラー７５６をオフに切り替えることにより共振器のＱを低下させることによって、同様に切り替えることができる。しかし、ミラー７５６の屈折率を保持し、電極７６１を用いてエタロンの周波数スペクトルのみをシフトする場合、広帯域入射波の他の周波数成分が反射され、これはある種の応用例では極めて望ましくない。エタロン内で蓄積されるパワ−Ｐ_circは、ＴおよびΓが小さな場合にはかなり大きく、たとえば第２高調波生成などの応用例で有用である。この応用例ではニオブ酸リチウム基板の一部内の準位相整合（ＱＰＭ）周期的極化構造が、共振器内の、たとえばミラー７５６と相互作用領域７５３との間に組み込まれ、あるいは場合によっては相互作用領域自体内に組み込まれる。その場合、エタロンの１つの共振周波数は、ＱＰＭ周波数二倍器の位相整合周波数に合致するように同調される。パワー蓄積によって、装置の周波数変換効率は、蓄積係数Ｐ_circ／Ｐ_in _c の平方として向上する。他の共振モードが同時に注入ロックされることがないほどＦＳＲが大きな値である場合、この周波数で発生する高反射を使用して、ポンプ・レーザを所望の周波数に注入ロックすることもできる。上記で第２１図および第２２図を参照して説明した線形一休型エタロンを使用して同じ目的を達成することもできる。エタロン内のリフレクタ７５５と７５６の間に蓄積するパワーを最適化するには、共振器の損失を最小限に抑えなければならない。共振器への入射結合が、空洞に結合されない入射ビームの部分を破壊干渉によって取り消すように調整される、バルク蓄積空洞の技術分野で知られているプロセスの場合と同様に、第２６図の結合を「インピーダンス整合」することはできない。これは、エタロン透過干渉ピークの条件である。前述のように、一体化構造では、透過ビームをほぼ取り消すことができ、それに対して結合共振器にパワーが蓄積されるが、強力な反射波が現れる。第２７図および第２８図に示したように、リング・ウェーブガイド構造では反射波をなくすことができる。エタロン内で循環するパワーに比例する射出７５１は、必要に応じて格子７５６を通じて取り出すことも、あるいは格子７５５を通じて取り出すこともできる。第２７図には、入射ウェーブガイド７５２と、並列ウェーブガイド結合領域７５３と、３つのウェーブガイド・セグメント７６４、７６５、７６６と３つの格子リフレクタ７６７、７６８、７６９とで形成されたリング共振器とを含む３アーム・エタロン７６０が示されている。電極７６１と７６２との間に形成された光路長調整部は任意選択である。格子リフレクタ７６７は、ウェーブガイド７６４から到着するパワーを最適にウェーブガイド７６５に反射するように配設される。単一モード・システムでは、格子（およびもしあれば、その電極）の空間構成は、ウェーブガイド７６４の最下位モードから７６５の最下位モードへの結合を行うように設計される。格子７６８および７６９も同様に、ウェーブガイド７６５からウェーブガイド７６６へ、次いで再びウェーブガイド７６４へのパワー・フローを最適化するように構成され、確定的な光路長ＦＳＲと、光損失係数と、入射ウェーブガイド７５２との結合Ｔとを有するファブリー・ぺロ共振器が形成される。次に、インピーダンス整合が可能であり、インピーダンス整合は、結合係数Ｔが、共振器の総往復損失係数から、主として結合領域７５３内の射出結合損失を減じた値に等しいときに達成される。共振器内に位相整合周波数二倍器を配設する場合、共振器内で循環する基本周波数ビームから得られる変換済みパワーは、総往復損失中の１つの損失とはみなされない。３アーム・エタロンの１つの共振に等しい周波数を有する入射ビーム７５７が装置に入射した場合、パワーは並列ウェーブガイド相互作用領域を横切ってエタロンに結合され、Ｐ_circ＝Ｐ_incＴ／（Ｔ＋Γ）²の循環パワーになるまで蓄積される。リング構造のために、パワーは主として、ウェーブガイド７６４からウェーブガイド７６５、７６６に至り、ウェーブガイド７６４に戻る一方向へ循環する。この場合、エタロンからウェーブガイド７５２上への単一の射出結合波しかなく、この光波は順方向へ伝搬する。射出結合波は、入射波７５７の残りの部分に破壊的に干渉し、弱い透過波７５９を形成する。射出ビーム７５９の透過パワーＰ_transは、Ｐ_trans＝Ｐ_inc（１−Γ／Ｔ）²（１＋Γ／Ｔ）²によって与えられ、Γ＝Ｔ、すなわちインピーダンス整合条件の場合には零にすることができる。この場合、すべての入射パワーが共振器に流れ込む。インピーダンス整合状態では、２つのビームが等しい振幅を有し、透過パワーが零に低下する。良好な設計によって最小限に抑えることができるウェーブガイド７５２内の不連続性による反射を除いて、ビーム７５８には反射パワーはほとんどない。格子７６７または他の格子を切替可能な格子として構成することができ、その場合、格子をオフにし、コーム構造を完全になくすが、ウェーブガイド７６４に結合されるパワーのための多少の光損失を残すことによって、エタロンの品質Ｑを低下させることができる。射出ビーム７５１は、格子７６８、あるいは格子７６７または７６９、あるいはその両方の透過時に取り出すことができる。第２８図は、リング・ウェーブガイド・エタロン７７０を示す。前述のように、入射ウェーブガイド７５２は、並列相互作用領域７５３においてウェーブガイド７７２に結合される。相互作用領域７５３は、第２６図、第２７図、第２８図のエタロン形状では格子結合が有用なオプションであることを強調するために第２８図の格子を含む（ただし、必要ではない）。ウェーブガイド７７２は、（交差を有する、場合によっては複数のループを含む形状を有する）湾曲された閉鎖経路に従い、部分７５３から現れたパワーの一部を相互作用領域７５３へ戻す。前述のように、光路長、したがってＦＳＲを調整できるように電極７６１および７７３が設けられる。ただし、この場合、電極は基板の同じ面上に配設されるように示されている。エタロン構造の応用例に応じて、ある種の臨界機能構成要素が製造される位置に直線部７７１が設けられる。エタロン装置７７０を使用して周波数を２倍にする場合、リングの７７１などの直線部に周波数２倍構造を挿入することは有利であるが、リング・ウェーブガイドからの周波数変換光を結合できるようにしなければならない。装置７７０の機能は、その他の点では装置７６０の機能に類似している。装置７６０の方が基板上の消費表面積が少ないが、特に直径が１ｃｍよりも大きな場合、装置７７０の方がエタロン内の光損失が低い。装置７６０および７７０は、光源へのフィードバックが最小限に抑えられる、周波数を２倍にする蓄積空洞として機能することができる。これらの装置は、再帰反射なしに所与の周波数の透過率を切り替えることもでき、これは、光通信を含む応用例で有用である。ＷＤＭ通信では、光波長ごとに分離された多数の通信チャネルを同じ光ファイバ上で搬送することができる。あるチャネルを検出するにはまず、他の宛先へ経路指定される残りのチャネルから所望の波長領域内の光を分離しなければならない。この分離機能は、チャネル・ドロッピング・フィルタによって実行される。チャネル・ドロッピング・フィルタとは、通信装置であり、波長分割多重化（ＷＤＭ）環境で使用される。チャネルをそれぞれの異なる波長上で搬送することによって単一の透過ファイバを介して複数のチャネルを多重化することが望ましい。そのようなシステム内の臨界構成要素は、経路指定または検出のために単一のチャネルを抽出できるようにするチャネル・ドロッピング・フィルタである。理想的なフィルタは、良好な消光比でチャネル中のほぼすべての光を抽出し、そのため後で、ネットワーク内で望ましくないクロストークなしに同じ波長を使用することができる。所与の回線上に複数のチャネル・ドロッピング・フィルタを設置できるので、チャネル・ドロッピング・フィルタは帯域外成分に関して非常に低い挿入損失を有さなければならない。このフィルタは、チャネルが、宛先位置でドロップされ、通信が終了した後、その位置を越えて他の宛先へ進むことができるように切替可能であることが好ましい。チャネル・ドロッピング・フィルタの逆のフィルタは、チャネル追加フィルタであり、他のチャネル中を伝搬するパワーにそれほど影響を与えずにファイバにチャネルを追加する。透過フィルタおよび反射フィルタは詳しく分析されている［ＨＬ９１、ＫＨＯ８７］。第７図、第１０図、第２６図、第２７図、第２８図を参照して説明した装置を含め、上記の構造のうちのいくつかをチャネル・ドロッピング・フィルタ用に使用することができる。第７図のＴ字形格子結合ウェーブガイドは、帯域外成分用の低損失のチャネル・ドロッピング・フィルタである。帯域内成分に関して９９．９％の結合を達成するには非常に長い格子が必要なので、従来技術の格子を用いる場合、この構成はクロストークに関する難点を有する。ウェーブガイドを完全に横切って延びる鋭い界面を有する上位の格子を使用することができるので、本出願の周期的極化格子の結合強度は、従来技術と比べて著しく高い。従来技術は、必然的に浅い格子とウェーブガイドとの間の重なり合いを最適化するために浅いウェーブガイドに限られるが、本出願では、格子構造がウェーブガイドの深さを完全に横切って延びるので、ほぼ等しい深さと幅とを有し、より低損失のウェーブガイド構成を使用することができる。この構造は、チャネル追加フィルタとして使用することもできる。第１０図の装置も、Ｈａｕｓ等著「Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄｏｐｔｉｃａｌｃｈａｎｎｅｌｄｒｏｐｐｉｎｇｆｉｌｔｅｒｓ」（Ｊ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ．１０、５７ページないし６２ページ（１９９２年））に記載されたように格子を構成する場合にはチャネル・ドロッピング・フィルタである。この場合の本出願の寄与は、極化格子結合技法に過ぎず、それによって、短い距離でのウェーブガイド間の強力な結合が可能になり、効率的な上位の格子を製造する際の製造上の難点が軽減される。装置７５０、７６０、７７０は、入射ウェーブガイド７５２から抽出すべきチャネルの周波数にエタロンの共振を同調させることによって、チャネル・ドロッピング・フィルタとして使用することができる。一体型エタロンがほぼインピーダンス整合される場合、共振周波数でのほぼすべてのパワーがエタロン内に伝達される。第２７図および第２８図のリング形状では、ウェーブガイド７５２内の透過パワーおよび反射パワーを所望のレベルに低減させ、クロストークを最小限に抑えることができる。所望のチャネルに対応する光が入射ウェーブガイドから完全に抽出（ドロップ）され、反射も透過も残らない。第２６図の線形形状では、反射のためにある程度の光が失われる。この場合、検出効率はそれほど低下しないが、通信網でクロストーク問題が発生することがある。光によって搬送された信号は、エタロンのウェーブガイド・セグメントの上方に検出器を配置することによって検出することができ、ウェーブガイド内の光に結合することができる。あるいは、第２６図の７５４、第２７図の７６４、７６５、７６６、第２８図の７９４などの射出ウェーブガイドのうちの１つに検出器を結合することもできる。装置７６０の場合、射出結合は、射出ビーム７５１に関して示したように、循環パワーの小さな部分が、ウェーブガイドの連続セグメントに結合されるように、１つの共振器格子リフレクタ７６７または７６８または７６９の反射を調整することによって行うことができる。それらの連続ウェーブガイド・セグメントは、他の装置のポートに接続することもでき、そのような装置は、同じ基板上の離散装置でも、あるいは同じ基板上で一体化されていてもよい。装置７７０の場合、リングの直線部７７１に（格子付き、あるいは格子なしの）並列ウェーブガイド射出力プラを配置することができる。これらのポートには循環パワーの一部しか結合されないが、エタロン内で行われる蓄積のために、全結合パワーは、ウェーブガイド７５２に進入するチャネル・パワーの１００％に非常に近くなる。射出結合は、射出ビーム７５１を生成する隣接するウェーブガイド７９４を用いて示されている。リング形状は、ほぼすべてのパワー伝達がエタロン内で行われるように調整できるので、消光比（光分散効率が高いときに低い）および低クロストークの点で優れている。すべてのエタロン装置は、帯域外ビームに対する挿入損失が低くなるように設計することができる。第２６図ないし第２８図のすべての装置は、移相電極７６１および７６２（および第２８図の７６３）によって切り替えることができる。前述のように、光路長は、電極７６１を使用して一体型エタロン共振の周波数をシフトするように調整することができる。所望のチャネルは、このように直接選択することができる。あるいは、上記で第２０図、第２１図、第２２図を参照して説明した手法を使用してこの技法によって複数のチャネルを選択することもできる。エタロンのＦＳＲを、チャネル分離とはわずかに異なるものになるように選択する場合、モアレ効果を使用して、最小限の連続同調を有する広い間隔で分離されたチャネルが選択される（適切な選択を行うには、ＦＳＲを、チャネル帯域幅にエタロン共振帯域幅をたたみ込んだ際に得られる周波数幅の数倍の値をチャネル間隔に加えた値に等しくなるようにする）。構造７５０、７６０、７７０に関する変形形態として、上記で第１０図を参照して説明した格子援用カプラとして結合領域７５３を実施することができる。これは、極化格子実施態様において、結合部分Ｔを調整できるという利点を有する。特にリング共振器設計７６０および７７０では、インピーダンス整合を行ううえで調整可能な結合は有用である。他の変形形態として、上記でより低い電圧励起を得るために説明したように、基板の同じ面上で電極を実施することができる。射出ビーム７５９に付加すべき信号が、たとえばウェーブガイド７６６上へ送られ、あるいはウェーブガイド７９４を介して直線部７７１に結合される場合、第２７図および第２８図の構造を効率的なチャネル追加フィルタとして使用することもできる。これらの入力相互作用はおそらくインピーダンス整合されているはずである。次に、第２９Ａ図を参照すると、極化セグメント８０６を使用するウェーブガイド変調器／減衰器８００が示されている。極化セグメント８０６の機能は、オンに切り替えられたときに、入射ウェーブガイド・セグメント８０２から放出された光を（切替可能に）収集し、射出ウェーブガイド・セグメント８０４へ送ることである。この装置では、入射光線８２０は入射ウェーブガイド８０２に結合される。極化セグメント８０６は、入射セグメントと射出ウェーブガイド・セグメント８０４との間に位置決めされる。入射ウェーブガイド・セグメントおよび射出ウェーブガイド・セグメントは、内部拡散やイオン交換を含め、任意の標準技法によって製造できる永久ウェーブガイドであることが好ましい。セグメント８０６は、電界をオフにしたときに屈折率の差がほぼなくなり、したがってウェーブガイド効果がなくなるように、一様に極化された基板内の逆極化領域であることが好ましい。セグメント８０６は、第２９Ａ図に示したウェーブガイド・セグメントである（別法として、多数のそのような要素間で光を中継する正レンズ構造や負レンズ構造や複合構造など、いくつかの形状的に異なる方法で構成することもできる。第２９Ｂ図参照）。セグメント８０６は、それを通じて電界を印加することによってオンにされる。電界は、極化セグメントおよび周りの領域の屈折率を変化させる。セグメント８０６が基板材料とは異なるように極化される（好ましくは逆極化される）ので、正しい電界極性を付与することによってセグメントの屈折率を周りの材料と比べて高くし、ウェーブガイドを形成することができる。ウェーブガイドの境界の内側の屈折率を増加させることも、あるいは境界上および境界の外側の屈折率を抑制することもできる。極化セグメントがオンのとき、連続ウェーブガイドが形成され、入射セグメントと射出セグメントが結合される。これを行うには、ウェーブガイドどうしを突き合わせ、同じ軸に位置合わせし、極化セグメントの横モード・プロファイルが入射ウェーブガイド８０２および射出ウェーブガイド８０４のモード・プロファイルに最適に整合するように極化セグメントの幅を調整する。極化セグメントがオフのとき、入射ビームは極化領域に拘束されず、したがってビームは、射出ウェーブガイド・セグメントに到着する前に格子によって大幅に膨張する。入射ウェーブガイド・セグメントと射出ウェーブガイド・セグメントの離隔距離が、案内されないビームのレイリー範囲よりもずっと大きく、そのため、ビームが射出ウェーブガイドの寸法よりもずっと大きな寸法に膨張する場合、射出ウェーブガイド・セグメントに結合され射出ビーム８２２を形成するのは入射ビームの小さな部分に過ぎない。セグメント８０６の長さをレイリー範囲に対して調整することによって、オフ状態で伝達されるパワーの量を所望の程度に低減させることができる。極化セグメント８０６の端部の位置は、不連続性のために生じる損失を最小限に抑えるように入射ウェーブガイドの端部の位置および射出ウェーブガイドの端部の位置に対して調整される。永久ウェーブガイドが拡散境界を有し、極化ウェーブガイドが離散境界を有し、切替セグメントの屈折率変化が既存の屈折率に加えられるので、ウェーブガイド８０２および８０４のリソグラフィック技法によって画定された境界と極化セグメント８０６の端部との間に拡散長の２分の１程度の小さなギャップを残すことが望ましい。ウェーブガイド８０２とウェーブガイド８０６との間の接合部での反射およびその他の損失をさらに低減させるには、励起電極８１０をセグメント８０６よりもわずかに短くし、あるいは電極幅をその端部付近で小さくし、どちらの場合でも、フリンジング効果による電界の低減を利用することによって、セグメント８０６の屈折率変化の最初の部分を小さくすることも有利である。この構成の１つの顕著な態様は、オン状態とオフ状態の両方で反射パワーを最小限に抑えることができることである。スイッチがオフである場合、反射は、ウェーブガイド８０２の端部８０３での残留反射によって支配される。この反射は、ウェーブガイドの長さに沿って屈折率の差を漸減させることによって最小限に抑えることができる。ウェーブガイド８０４の端部８０５からの反射は、「オフ」透過の平方だけ抑制される。「オン」状態では、反射は、やはり伝搬方向に沿って構造８０６の屈折率の差を漸減させ、鋭い界面ではなく円滑な境界を形成することによって最小限に抑えられる。励起される極化領域の境界は、内部の屈折率が増加するために活動化されたときにビームを横方向に拘束する。極化領域の深さがウェーブガイド８０２および８０４の深さに等しい場合、ビームは極化セグメント境界によって垂直方向にも拘束される。しかし、ｚカット・ニオブ酸リチウム・ウェハ内の極化の深さを制御することは困難である。深いドメインを極化し、いくつかの代替策のうちの１つを使用して垂直次元の拘束を行うことが最も容易である。好ましい手法は、電界の振幅が垂直次元で減少するように電極を構成することである。これは、第２９Ａ図に示された、電極が基板の対向面上に配置されない同一面電極構成によって可能になる。電界の貫通深さは、２つの電極間のギャップを狭くし、あるいは電極構造全体の幅を減少させることによって減少させることができる。また、あるいは別法として、それ自体では多量のエネルギーを伝えるには不十分であるが、極化セグメント８０６での屈折率の増加と相まって、光を２つの次元で拘束しほぼすべての光を射出ウェーブガイド８０４へ搬送する弱い永久ウェーブガイドを、入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドとの間の部分内に製造することができる。これはたとえば、セグメント内の（基板に対する）永久屈折率をウェーブガイド８０２および８０４の屈折率変化の約５分の３になるように調整することによって行うことができる。セグメント８０６の「オン」屈折率変化を同じ値の約半分に調整する場合、組合せ屈折率変化は合理的な案内を達成するのに十分なものであり、それに対して永久屈折率変化は不十分である。「オン」状態では、極化領域で生じる切替屈折率変化が所望のウェーブガイド寸法よりもかなり深い場合でも、モードは両方の横次元で拘束され、「オン」ウェーブガイドの有効深さは主として、永久屈折率変化によって決定される。弱いウェーブガイドは、第２のマスク形成ステップで製造することも、あるいは、より弱いウェーブガイド・セグメントを画定するより幅の狭いマスク・セグメントを用いる同じマスク形成ステップで製造することもできる。関連代替策として、入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドとの間の領域は平面ウェーブガイドでよく、その場合、伝搬モードは少なくとも１つの次元で回折することができる。極化部をオンに切り替えると、この場合、平面ウェーブガイドよりも深い屈折率変化が生じるにもかかわらず、必要な横拘束が付加される。どちらの場合にも、ウェーブガイドの２つの次元での拘束が２つの独立の技法によって行われるので、ほぼあらゆるアスペクト比（ウェーブガイドの幅と深さの比）の切替可能なウェーブガイドを形成することができる。平面ウェーブガイドとチャネル・ウェーブガイドは共に、同じ技法で製造することができ、この技法はアニール陽子交換工程であることが好ましい。単独での陽子交換ステップは平面ガイドおよびチャネル・ウェーブガイドを画定するために使用することができる。ウェーブガイド製造工程はアニールによって完了され、アニール中には、屈折率の変化が所望の深さまで拡散され、材料の光活動が復元される。２組のガイドを同じ時間だけアニールすることが好ましい。ただし、第２の陽子交換ステップを実行する前に１組のガイドを部分的にアニールすることによってより深くすることができる。重要な代替策は、極化セグメント８０６を横切る完全で一様な永久ウェーブガイドを使用し、電気的に励起されるセグメントを使用して案内をオフにすることである。この場合、電界の極性は、極化領域の屈折率を抑制するように選択され、極化領域の深さは非常に大きなものでよい（実際、これはモード分散に関してある種の利点を有する）。この種の切替ウェーブガイドは、通常オンであり（すなわち、透過状態）、電界を印加してオフに切り替える必要がある。通常オン・スイッチ構成と通常オフ・スイッチ構成は共に電力障害時の動作に関して有利であり、したがって、本発明が両方のモードを与えることができるのは重要である。セグメント８０６内でウェーブガイドをオフに切り替えるには、永久ウェーブガイドで誘導される屈折率変化にほぼ等しく、かつそれとは逆の屈折率変化が必要である。光を十分に分散させるには大部分のウェーブガイドを抑制すれば十分なので、電界の深さの変動の、「オフ」状態に対する効果は非常に小さい。平面ウェーブガイドの必要なしに、有限深さ極化技法によって拘束を両方の次元で行うことができる。いくつかの極化技法（たとえば、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムにおけるチタン内部拡散やＫＴＰにおけるイオン交換）では、有限深さの極化が行われ、これは場合によっては、特定の深さを有する極化チャネル・ウェーブガイドを形成するように最適化することができる。しかし、このような技法では、極化と共に屈折率変化が生じ、処理パラメータに応じて永久ウェーブガイドがある程度形成される。この屈折率変化に応じて、極化ウェーブガイド・セグメントを「通常オン」構成と「通常オフ」構成のどちらかとして製造することができる。電界は、極化ウェーブガイド・セグメントと同じ結晶の面上に配置された２つの電極を横切って電圧を印加することによって極化領域内で生成することが好ましい。第１の電極８１０は極化領域の上方に配置され、それに対して第２の電極８１２は第１の電極の１つまたは複数の側面に近接して配置される。ｚカット結晶では、この構成は基板のｄ₃₃電子光学係数を活動化する。電圧源８１６は２本のワイヤ８１４を介して電極に電気的に接続され、装置用の駆動電圧を与える。この装置は、ディジタル変調器として使用することも、あるいは非線形アナログ変調器として使用することもできる。フルオン（full-on）電圧は、極化領域を横切る損失が最小になる電圧として定義されている。オフ電圧は、射出ウェーブガイド・セグメントとの結合を所望の程度に低減させる電圧として定義されている。電圧をオン電圧とオフ電圧との間で連続的に変動させることによって、装置をアナログ変調器と可変減衰器のどちらかとして使用することができる。代替構造では、構造８０６は切替湾曲ウェーブガイドを形成し、この場合も入射ウェーブガイド８０２および射出ウェーブガイド８０４に整列する。そのような構造のモードは、曲率が小さく内側縁部上のモード拘束が内側ウェーブガイド縁部から独立する極端なケースでは「ささやきの回廊(whispering gallery)」モードと呼ばれる。曲率がより大きな場合、モードは修正ささやきの回廊モードであり、ある種の拘束はウェーブガイドの内側縁部によって与えられる。極化構造は切替可能性以外の利点を与え、すなわち、外側壁上の鋭い屈折率遷移によって、湾曲ウェーブガイド内を伝搬する修正ささやきの回廊モードの拘束が大幅に向上する。入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドはこの場合、同軸である必要も、あるいは平行である必要もなく、場合によってはスイッチオフ状態で順方向絶縁を増大させる。入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドを軸に沿って互いに角度をなすように構成する場合、構造８０６は単一の曲率半径またはテーパ付き曲率半径を有する湾曲ウェーブガイド・セグメントであってよく、湾曲ウェーブガイド構造８０６がオンにされたときにウェーブガイド間でパワーを最適に結合するために使用することができる。第２９Ｂ図は、代替構造８０１、すなわち、セグメント８０６のプリズム構造が、局部光路長と局部（符号付き）屈折率変化の積がガイド８０２および８０４の軸からの横方向への距離に応じて２次式的に減少するレンズ状構造として修正された切替レンズ変調器／減衰器を示す。このレンズ状構造は、入射ウェーブガイド８０２の端部８０３から現れたビーム８２１を射出ウェーブガイド８０４の端部８０５に集中または再合焦させるように配置される。光波は、端部８０３から広がるように出て、レンズ状構造８０７を通過することができる。この構造では、複数の要素を互いに隣接させて配置し、正味合焦効果を高めることができることに留意されたい。領域８０７内の屈折率は、合焦効果を得るために増加される。周りの領域か領域８０７とは逆の方向へ極化され、あるいは周りの領域の電子光学係数がその他の点で領域８０７の電子光学係数と逆である場合、レンズ間の空間も合焦領域として働くことができる（レンズ８０７間の領域で形成され、より低い屈折率値に励起される負レンズ形状は、収束レンズ構造として働く）。電極８１０は構造８０６の上方に配置され、電極８１２は構造の外側に配置されるが、電極８１０の隣に必要に応じてすき間を設けて配置される。電極が活動化されていないときは、ビームが発散し続け、ウェーブガイド端部８０６に再合焦されるパワーはほとんどない。スイッチがオンのときは、ビームが再合焦され、パワーの一部がガイド８０４を通過する。オン状態で効率的にパワーを収集するには垂直拘束が必要であり、それに対してこれはオフ状態で望ましくない。垂直拘束は、必要に応じてたとえば、構造がパターン化された表面全体にわたって一様な平面ウェーブガイド８３５を設けることによって行うことができる。垂直拘束は、レンズ状構造が基板の深い位置まで極化されており、深さの関数としての電界低減が、エネルギーを収集しウェーブガイド端部８０５に再合焦させるように調整される場合、レンズ状構造８０６によって与えることもできる。第２９Ｂ図の構造はもちろん、ウェーブガイド８０２および８０４のうちの一方を有さず、あるいはそれらのどちらも有さない他の状況で使用することもできる。第３０図を参照すると、極化ウェーブガイド・セグメントを使用する極化全内部反射（ＴＩＲ）光エネルギー・リディレクタ８３０が示されている。この図は、高切替反射のための極化ＴＩＲリフレクタと、それに組み合わされた低挿入損失のための極化ウェーブガイド・セグメントとを共に示す。入射ウェーブガイド８３２は、装置の全体にわたって延びる。極化領域８３６は、角度８４８でウェーブガイドを横切って延び、極化領域自体が電子光学的に活動化されたときにガイド内を伝搬するビーム用のＴＩＲ界面を形成する。極化領域の一部は、射出ウェーブガイド・セグメント８３４に接続された極化ウェーブガイド・セグメント８３７も形成する。極化ウェーブガイド・セグメントと射出ウェーブガイド・セグメントは共に、入射ウェーブガイドに対して角度８４８の２倍の角度に配置される。電圧源８４６は、スイッチを電気的に活動化し、２本のワイヤ８４４を通じてスイッチに接続される。極化領域８３６は、図に従って６つの垂直面で画定され、１つの面は、ＴＩＲ角に等しく、所望の電極励起を得るための全内部反射のための臨界角よりも小さな浅い角度８４８でウェーブガイド８３２を横切る。この面は、ＴＩＲ反射界面である。極化領域の次の３つの連続垂直面は、ウェーブガイド８３２の外側の突起を密閉する。この突起は、切替可能なウェーブガイド・セグメントである。次の２つの垂直面の配置は臨界的なものではなく、ウェーブガイド境界に従い、９０°に交差することができる。ドメイン（８３６および８３６の外側の基板の領域）は、静止屈折率分布、すなわち、印加電界のないときの屈折率の空間分布によって特徴付けられる。ドメインを通じて励起電界分布を印加すると、ドメインはそれぞれの静止分布とは異なる励起屈折率分布を有する。励起分布はまた、印加電界のアクセス可能な範囲に応じた範囲を有する。２つのドメイン・タイプを互いの近くに並列させる利点は、２つのドメイン内で電気応答が逆になり、並列領域全体にわたって２倍の屈折率変化を含む遷移が発生することである。屈折率変化の場合、遷移によって、単一のドメイン・タイプで達成されるよりも大きな反射を含む反射境界が形成される。スイッチがオンのとき、ウェーブガイドに結合された入射ビーム８５１は、ＴＩＲ界面から反射し、極化ウェーブガイド・セグメントに沿って伝搬し、射出ウェーブガイド・セグメント８３４に入り、偏向された射出ビーム８５４を形成する。スイッチがオフのとき、入射ビームは極化界面内を伝搬し、引き続き入射ウェーブガイド内を伝搬し、偏向されない射出ビーム８５２を形成する。ＴＩＲ界面での屈折率変化が低いので、オフ状態での反射は非常に低い。永久ウェーブガイド・セグメント８３４がガイド８３２から数モード指数関数的減衰長だけ分離されるので、ビームが切替領域を通過する際の散乱のための失われるパワーも極めて低い。「オフ」スイッチはウェーブガイドにはほぼ見えず、入射ガイドで発生する損失は極めて低い。摂動を加えられない等しい長さのウェーブガイドに対するオフ状態の切替領域の追加損失を挿入損失と呼ぶ。入射ウェーブガイドが、多数の極化スイッチを含むバスであるときには特に低挿入損失が望ましい。入射ウェーブガイドに対する極化界面の角度θ（８４８）は、スネルの法則から導かれる最大ＴＩＲ角または臨界ＴＩＲ角θ_eよりも小さくなければならない。上式で、 θ＝（ウェーブガイドと極化界面との間の）ＴＩＲ角ｎ＝ウェーブガイド領域の屈折率 △ｎ＝極化境界の各側の電子光学的屈折率変化である。屈折率の変化は、逆の符号を有する極化境界の各側で発生するので、有効屈折率変化は２△ｎである。この数式では、境界から離れるにつれて徐々に（断熱的に）変化していくものと仮定されている。有効屈折率が２倍になるので、極化ＴＩＲスイッチを用いて達成できる最大切替角は、一対の電極を含み極化界面を含まない従来型のスイッチと比べて√２だけ大きくなる。これは、ＴＩＲスイッチを使用して達成できるスイッチ・アレイの最大充填密度を増加させるので、非常に顕著な増加である。屈折率変化△ｎが偏光に依存するので、臨界角θ_eは入射ビームの偏光に依存する。たとえばｚカットニオブ酸リチウムでは、垂直電界Ｅ₃を用いた場合、ＴＭ波はｒ₃₃による異常屈折率の変化の影響を受け、ＴＥ波はｒ₁₃による正常屈折率の変化の影響を受ける。ｒ₃₃＞ｒ₁₃なので、ＴＭ波を切り替える方がずっと容易である。アニール陽子交換ウェーブガイドは、ｚ方向に偏光された光波しか案内しないので、このウェーブガイドを使用すると非常に好都合である。一方、ｘカットｙ伝搬（またはｙカットｘ伝搬）ニオブ酸リチウムでは、ＴＥ波の方が屈折率の変化が大きい。この場合、垂直方向ではなく、基板の平面のｚ方向に電界成分を生成するように電極を変更しなければならないことに留意されたい。実際のＴＩＲスイッチの設計角は、いくつかの因子を最適化した後に選択しなければならない。切り替えるべきモードは、２つの平面内のウェーブガイドの幅が異なる場合には異なる（ウェーブガイド製造平面内およびウェーブガイド製造表面外の）２つの角分布を含む。所与の平面内のモードの角内容δφはほぼδφ ＝±λ／πｗ_oをカバーする。ここで、ｗ_oはその平面における１／ｅ²モード・ウエストである。ＴＩＲ界面で大部分の光を反射させたいのて、入射角は、切替ウェーブガイドの平面では臨界角θ_eよりもほぼ角内容δφだけ小さくなければならない。角内容δφはウエスト寸法に反比例するが、最適化すべき充填密度もウエスト寸法に反比例する。ウェーブガイドの平面外の方向でのモードの角内容も、形状的により複雑な方法ではあるが有効入射角に寄与するので考慮に入れなければならない。ＴＩＲスイッチを製造する代替方法は、電界ではなく、あるいは電界だけでなくひずみ場も用いることである。ひずみ場は、永久的な方法で最も好都合に実施され、電界は反射を変化させるうえで最も有用である。配向されたひずみ場をドメイン境界に印加すると、光弾性効果を介して２つのドメインでそれぞれの異なる屈折率変化が発生し、屈折率界面が得られる。上記で第２図を参照して説明したように、ひずみ場は、サンプルを高温に加熱し、異なる熱膨張係数を有する被膜を付着させ、室温に冷却することによって生成することができる。ストリップなどの領域をエッチングすることによって被膜にパターンを付与すると、被膜のギャップの周りにひずみ場が生成される。次いで、このひずみ場を使用して、ドメイン境界で屈折率の差を活動化することができる。付与された被膜が誘電体である場合、電極を付着させてもひずみ場の望ましくない変化が生じないかぎり、この誘電体を通じて極化領域に電界を印加することができる。この被膜は、バッファ層によって分離されるのではなく基板に直接接触することができるように光吸収の低い被膜であることが好ましい。極化領域は、入射ウェーブガイドの一部を含み、ウェーブガイドの伝搬軸に垂直な界面を有する。ＴＩＲ界面交差を含む入射ウェーブガイドの部分は、スイッチの長さを画定する。上式で、θはすでに定義されており、Ｌ＝入射ウェーブガイドに沿って測定されたスイッチの長さＷ＝ウェーブガイドの幅したがって、スイッチの寸法を最小限に抑えるには、ウェーブガイドの幅をできるだけ小さくしなければならない。空間臨界応用例では、ウェーブガイド・セグメントが単一モードであることが好ましい。数値の例を挙げれば、単一モード・ウェーブガイドの幅が４μｍであり、最大屈折率変化△ｎが０．００１５であり、屈折率が２．１６である場合、ＴＩＲ角θは３°であり、スイッチの長さＬは７６μｍである。極化ウェーブガイド・セグメントは、２θ、すなわちＴＩＲ界面の偏向角に等しい入射ガイドに対する角度を形成する。ＴＩＲ界面から反射したビームを極化ウェーブガイド・セグメントに効率的にモード整合するために、極化セグメントは、入射ウェーブガイドとほぼ同じ横モード・プロファイルを有するべきである。効率的なモード整合は、極化ウェーブガイドの幅と屈折率の差の妥当な組合せを選択することによって達成することができる。極化ウェーブガイド・セグメントは、スイッチ界面によって占有されるウェーブガイドの側の後半に沿って入射ウェーブガイドに交差する。ウェーブガイドの厳密な寸法および配置は、全内部反射プロセスから現れた近電界(near field)モード・プロファイルを伝搬方向および横プロファイルに関して最適にウェーブガイドのモードに整合するように決定される。上記で第２９Ａ図を参照して説明したことと同様に、極化ウェーブガイド・セグメントと永久ウェーブガイド・セグメント８３４との間の整合にも同じことが当てはまる。永久ウェーブガイド・セグメントは基本的に、極化ウェーブガイド・セグメントが連続したものである。極化セグメントの長さは、入射ウェーブガイドおよび切替ウェーブガイドの最適化損失に依存する。スイッチがオフのときに入射ウェーブガイド内の偏向されないビーム間の散乱相互作用を回避するには、永久ウェーブガイド・セグメントを入射ガイドからある距離（少なくとも光波長）だけ分離しなければならない。多数のスイッチを有するバス・ウェーブガイドの場合、入射ガイドの損失を、スイッチの数の逆数に関係する値に低減しなければならない。入射ガイド内のビームのモーダル・プロファイルは、ガイドの内部拡散縁部をある距離だけ越えて延び、そこで指数関数的に減衰する。このような指数関数的減衰の定数分だけ永久セグメントを入射ガイドから分離する場合、損失をバス・ウェーブガイドの受け入れられるレベルに低減させることができる。極化セグメントの長さは反射ビームの損失にも影響を与える。極化ウェーブガイド・セグメントは、壁の粗度が高いので、単位長当たりの損失が内部拡散ウェーブガイドよりも高い。また、ウェーブガイドの各端部で前述のモード変換損失が発生し、このような損失は、モード・プロファイルを最適に整合することによって最小限に抑えられる。極化セグメントが短い場合（ビームのレイリー範囲の程度）、透過ビームはそれほど、極化セグメントのモードに変換されず、したがって結合損失が低減する。極化セグメントの最適長は、入射ウェーブガイドおよび切替ウェーブガイド内のビームの許容相対損失に依存する。第２９Ａ図に示したウェーブガイド・セグメント変調器／減衰器の場合と同様に、切替ウェーブガイド・セグメント８３７ではモードの垂直拘束が必要である。第２９Ａ図に記載したのと同じオプションをこの場合にも実施することができる。第３０図には、基板の表面に平行な平面にビームを拘束する平面ウェーブガイド８３５が示されている。平面ウェーブガイドは一様なので、平面ウェーブガイドが存在しても、オフ状態でのウェーブガイド・スイッチ接合損失は影響を受けない。平面ウェーブガイドの代わりに、あるいはある種の組合せにおいて、垂直拘束が得られるように電界の深さを調整することや、深さの短い極化を使用することや、電界によって誘導される屈折率変化によって補助される部分ウェーブガイドを使用することや、電界によって活動化される極化領域によってオフにされる完全永久ウェーブガイドを使用することを含め、他の代替策を実施することもできる。最後の２つの代替策は、隣接する屈折率の不連続性のためにウェーブガイド８３２内のビームの損失の方が高いという欠点を有する。切替領域を最適化する際には水平拘束も問題である。高い切替効率が必要である場合、大きなＴＩＲ反射角を有することが好ましい。入射波８５１の左半分はまず界面８３８から反射し、反射波の右半分を形成する。しかし、反射後、反射波の右半分は、ウェーブガイド・セグメント８３７に到着するまで横次元での拘束を受けない。この光波は、拘束されずに通過する間、回折によって膨張し、射出ウェーブガイド８３４に結合されるビーム・パワーの部分が減少する。この効果のために、スイッチがオン位置のときのスイッチの効率が低下する。しかし、平均非案内距離はほぼ、ウェーブガイドの幅を、角度８４８の正弦の４倍で除した値に制限される。ウェーブガイド８３２の右側による永久屈折率変化のために、入射波の右半分は、ウェーブガイド・セグメント８３７を通過した後、界面８３８から反射するまで拘束されたままである。入射波の右半分は次いて、射出ウェーブガイド８３４にうまく整合する。入射ビーム８５１の両方の部分が、ＴＩＲ表面８３８から反射した後にウェーブガイド８３２の側面からの望ましくない反射に従う。この表面の、ビームの伝搬軸に対応する角度は、表面８３８と同じであり、屈折率がわずかに異なるに過ぎないので、この表面からは全反射ではなく、部分的な反射が起こるに過ぎず、この反射もスイッチの損失に加えられる。リフレクタの効率を最適化しウェーブガイドの損失を最小限に抑えるうえで、電極の設計は、このスイッチの重大な態様である。２つの電極を使用してスイッチを活動化することが好ましい。第１の電極８４０はＴＩＲ界面８３８の上方に配置され、それに対して第２の電極８４２は第１の電極と並列し、その界面に隣接して配置される。最適化に関する主要なパラメータは、２つの電極の離隔距離と、重なり合っても、あるいは重なり合わなくてもよい第１の電極の縁部と極化境界との間の距離である。２つの電極間の間隔は、装置を活動化するのに必要な電圧に影響を及ぼすと共に、基板を貫通し屈折率変化プロファイルを生成する電界パターンの幅に影響を及ぼす。さらに離隔された電極にはより高い電圧が必要であるが、このような電極では、密に離隔された電極よりも深く基板内へ延びる電界が生成される。電界貫通深さは、大きな正味反射を得るうえで重大である。電界は、電極から遠ざかるにつれて弱くなるので、極化境界での誘導屈折率変化も、ＴＩＲ角の場合と同様に深さと共に低減する。有効深さと呼ばれるある深さでは、この屈折率変化は、スイッチ構造の角度で光線の中心放射線の全反射を維持するには不十分なものになる。反射は最小ＴＩＲ値よりも低い値では屈折率変化と共に急速に低減するので、ＴＩＲミラーは基本的に、この深さでは機能を停止する。ガイド８３７および８３４への正味反射が高い場合、装置設計では、ガイド８３２内の大部分の電界プロファイルの下方に有効深さを形成するように調整すべきである。電極設計の影響を受ける第２の重要な動作パラメータは、ＴＩＲ界面８３８を越える反射波の消失電界の貫通である。「オン」状態ではＴＩＲ界面を越えてパワーが伝達されることはないが、電磁界は、波長程度の距離だけＴＩＲ表面を貫通する。ＴＩＲ表面を越える印加電界には空間依存性もあり、電界強度は、他の電極８４２により近い領域で低減する（かつ実際には反転する）。したがって、屈折率変化は、ＴＩＲ界面を越えると低減する。電界の大きな変動が発生する前に、消失電界を、無視できる値に減衰させるよう注意しなければならず、そうしないとＴＩＲ界面を通じてパワーが漏れる。最適には、第１の電極は、最大屈折率変化を得るために選択された距離だけ、界面８３８を越えた位置で電界の十分な安定度が得られるように、極化界面と重なり合う。第１の電極はまた、極化ウェーブガイド・セグメント８３６を横切り、場合によっては隣接する領域内へ延びる。この領域８３６を励起する２つの電極の形状は、ウェーブガイド・セグメントから永久ウェーブガイド８３４へのパワー・フローを最適化することによって決定される。他の電極構造を使用して、極化領域内の電界の強度を修正することができる。たとえば、第２の電極が第１の電極の周りでＵ字形を形成するように延びる場合、第１の電極の下方の電界は、平均して増加するが、多少２ローブ・ウェーブガイドを形成する。２ローブ・ウェーブガイドは理想的な屈折率プロファイルを与えることはできない。ＴＩＲスイッチは、光エネルギー・ルータであり、変調器として使用することもできる。電圧源が連続的に変動する場合、変調器はアナログであり、電圧と屈折率との間に非線形関係が成立する。印加電圧が増加すると、全反射界面の深さが増加し、光波８５１から光波８５４への連続的に調整可能な反射が生成される。変調器は、電圧を除去する際に透過を零にすべきか、それとも１００％にすべきかに応じて、反射モードで使用することも、あるいは透過モードで使用することもできる。空間非線形応用例では、受信機が対数的に信号のレベルの影響を受ける場合など、電圧の関数としての反射係数および透過係数の非線形性が有用である。第３１図は、２つのＴＩＲリフレクタを含むＴＩＲスイッチを示す。射出ウェーブガイド８３４と入射ウェーブガイド８３２との間の角度を増加させたい場合には、第２のＴＩＲ界面８３９を追加することができる。入射ウェーブガイド８３２と射出ウェーブガイド８３４との間の角度は、第３０図の角度の２倍であり、追加ＴＩＲ界面を追加することによって何倍にでもすることもできる。界面８３９は、角度８４８の２倍に等しい界面８３８に対する角度８４９で形成される（後続のＴＩＲ界面を追加する場合は、前のＴＩＲ界面と同じ角度８３８で追加すべきである）。二重ＴＩＲミラー構造が、遠く離れた入射ウェーブガイド８３２から光を運ぶので、ウェーブガイド８３２に顕著な損失を生じさせずに極化領域８３６の端部に直接、永久ウェーブガイド８３４を突き合わせることができるので、第３０図の切替ウェーブガイド部分８３７はもはや必要とされない。この場合も、極化セグメント８３６で垂直拘束が行われる。極化セグメント８３６および射出ウェーブガイド８３４は、ＴＩＲおよびウェーブガイド・セグメントのチェーン内で伝搬する電界プロファイルが入射ウェーブガイド８３２の局部最下位モード電界プロファイルに最適に整合するように構成され位置合わせされる。スイッチがオンのときには、ＴＩＲリフレクタの後で、偏向されたビームが永久ウェーブガイド８３４に整合され、射出ビーム８５４が形成される。入射ウェーブガイド８３２の外側の極化領域の内側境界の形状は、一方のＴＩＲミラーによる入射ウェーブガイドの反射によって画定され、次いで他方のＴＩＲミラーによる入射ウェーブガイドの反射によって画定される。内側境界がこのように画定されるので、ウェーブガイド・モードの内側エッジは、２つのＴＩＲミラーから反射する間、最適に案内される。第３２図は、電気的に切り替えられるウェーブガイド・セグメントを含む極化ＴＩＲスイッチ８３１を有するＴＩＲ切替ビーム・ディレクタを示す。この構造では、領域８３６は逆極化され、界面８３８の後方に存在し、前述のように一対の電極８４０および８４２によって励起される。電極対は、電圧源８４６によって活動化され導体８４４を介して接続される。励起の極性はこの場合も、入射ビーム８５１の方向からの負の屈折率変化を発生させるように選択される。スイッチがオンのとき、ビームはＴＩＲ界面８３８から永久ウェーブガイド８３４の方へ反射されるが、第３０図の場合とは異なり、ＴＩＲ界面８３８と永久ウェーブガイド８３４を結合する極化ウェーブガイド・セグメントはない。その代わり、入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイド８３４との間の中間領域の上方に電極８４２が延びる。結合ウェーブガイド・セグメントは、ＴＩＲ反射境界を含む入射ウェーブガイド８３２のセグメントの横境界と射出ウェーブガイド８３４の入射境界との間の領域に電界を印加することによって形成することができる。電界の三次元分布は従来どおり、電極の形状およびマックスウェルの方程式によって決定される。電極から生成される電界は、電子光学効果によって正の屈折率変化を発生させ、所望の切替ウェーブガイド部を形成する。他の箇所で説明したように、このウェーブガイド・セグメントも、入射モード８５１の射出モード８５４との結合を最適化するように構成され位置合わせされる。この実施態様およびＴＩＲスイッチ実施態様の代替策として、射出ウェーブガイドは、入射ウェーブガイドから無視できるすき間だけ離れた位置から始まることができる。この代替策は、スイッチ・オフ（直線）構成ではより高い挿入損失を有するが、より簡単な構成を有する。第３３図を参照すると、極化セグメントを使用する２位置ウェーブガイド・ルータが示されている。この極化セグメントは、全内部反射に基づくものではない。極化領域８６６は、入射ウェーブガイド８６２を小さな角度で横切る電気的に励起可能なウェーブガイド・セグメントを形成する。電界を印加すると、セグメント８６６の屈折率が増加し、それに対して入射ウェーブガイドの隣接する領域の屈折率は低減する。したがって、入射ビーム８８０は少なくとも部分的に極化ウェーブガイド・セグメントに結合される。スイッチがオフのとき、入射ビームは引き続き入射ガイド内を伝搬し、非切替射出ビーム８８２を形成する。この小さな角度は、断熱的に漸減できるものであり、すべてあるいは大部分の入射光を射出ガイド８６４に切り替え切替射出ビーム８８４として装置から射出させることが望ましい場合に低損失のウェーブガイド湾曲を形成する。少なくとも２つの電極を使用して、極化領域を横切って電界が印加されウェーブガイドが活動化される。第１の電極８７０は極化ウェーブガイド・セグメントの上方に位置決めされ、それに対して第２の電極８７２は第１の電極に隣接して位置決めされる。第２の電極８７２は、第１の電極に隣接して位置決めされ、かつ高パワー分割比を達成するために極化ウェーブガイド・セグメントの両側に配置することができる。前述のように、電極は導体８４４を通じて電源８４６によって励起され、平面ウェーブガイド８３５、または深さに応じた電界低下、または本明細書で説明する他の手法のうちの１つを使用して、切替伝搬モードのための垂直拘束が行われる。第３４図を参照すると分かるように、いくつかの極化ＴＩＲスイッチが並列して配置され、アレイ９００が形成される。ＴＩＲ界面を形成する極化領域９１２および９１４は、ウェーブガイド９１０に沿って順次、配置される。各極化領域は同じ結晶配向を有し、領域９１２および９１４内の結晶のｚ軸は、結晶の残りの部分のｚ軸に対して反転される。この構成の他の態様および多数の変形態様については、上記で第３０図を参照して説明した。各スイッチは、ワイヤ９２８を用いて電極に接続された多出力電圧制御源９２６を使用して個別に活動化される。すべてのスイッチがオフのとき、入射ビーム９０２は入射ウェーブガイド９１０に沿って伝搬し、無視できる損失を含む非切替射出ビーム９０４を形成する。第１のスイッチがオンのとき、入射ビームは第１のＴＩＲ界面から反射し、ウェーブガイド９１６内で第１の反射射出ビーム９０８を形成する。第１のスイッチがオフであり、第２のスイッチがオンのとき、入射ビームは第２のＴＩＲ界面から反射し、ウェーブガイド９１８内で第２の反射射出ビーム９０６を形成し、以下、後続のスイッチに関して同様である。この多重スイッチ構造はｎ個のスイッチに拡張することができる。電極は、前述のように各ＴＩＲ界面の上方に配置される。１つまたは複数の電極９２０、９２２、９２４は、あるスイッチの陰極として働き、かつ他のスイッチの陽極として働く。たとえば、第２の電極９２２と第１および第３の電極９２０および９２４との間に電圧が印加され、第２のスイッチが活動化され、射出ビーム９０６が形成される。陽極と陰極の両方として働く電極９２２は、前の極化セグメント９１２のＴＩＲ界面に隣接する位置へ延び、同時に１つの極化領域９１４のＴＩＲ界面および１つの極化領域９１４の１つのウェーブガイド・セグメントをカバーすることが好ましい。２つの完全な極化セグメント９１２および９１４と１つの完全な電極９２２とを含む構造の一部しか示されていない。この構造は、完全な重複電極および重複極化セグメントを位置合わせすることによってｎ個のスイッチとして複製することができる。チャネル中のクロストークを回避するには、入射ビームが、活動化されたスイッチの領域に進入するまで電子光学的屈折率変化を受けないように、電極に対する電圧を印加することができる。たとえば、第２の極化領域９１４のＴＩＲ界面を活動化するには、電極９２２と９２４の間に電圧を印加し、電極９２０および９２２ならびに前の電極上で同じ電位を維持することができる。極化領域の全長はＬよりも長いが、所与の領域によってウェーブガイドに沿って占有される距離は定義上、Ｌに等しい。したがって、１００％充填密度を有するＴＩＲスイッチ線形アレイは、距離Ｌごとに始まる新しい極化領域を有する。これは、この密度では、ウェーブガイド内の極化領域の内側コーナーで、隣接する領域どうしがわずかに接触するので、１００％充填密度と呼ばれる。前の極化構造内で案内された光のうちのいくらかが、前の構造に接触する次の極化構造内へ漏れる恐れがあるので、隣接する領域どうしを接触させることは不利である。上記で、配置が臨界的ではない極化領域の２つの垂直面で、前の極化領域に接触するコーナーが形成されることを指摘した。極化領域の幅がこの内側コーナーの側で狭くなるようにこれらの面を移動することによって、もはや領域どうしが接触せず、光エネルギーの漏れが低減されるように構成することができる。たとえば、ウェーブガイドを９０°に横切る面の長さを有することによって、内側コーナーをウェーブガイドの中央へ移動することができる。ウェーブガイドに並列するために使用された面がＴＩＲ界面に並列し、臨界位置表面となる。この形状を有する極化領域を「高密度」極化領域と呼ぶ。（光漏れを最小にするためには２つの非臨界面の間に７番目の垂直面を加えるなど、他の方法がある。しかし、ここで述べた代替法は高密度において別の有利点がある。）第３５図は、極化領域に高密度形状を使用し、隣接する複数の極化領域を反転させることによって、スイッチの直線密度が２倍になる構成を示す。この場合、ウェーブガイドを横ぎる極化領域の界面は、ウェーブガイドの軸に沿って並進することを除いて同じである。したがって、極化領域は、ウェーブガイドに沿って密に積み重ねられ、スイッチ密度が２倍になる。実際には、（基板が完全に極化される最適なケースでは）反転極化領域以外の領域が基板と同じ極化方向を有するので、完全に空間的に画定されるのは反転極化領域だけである。反転極化の２つの領域９５２および９５４を第３５図に示す。ＴＩＲ界面は、ウェーブガイド９５０内を伝わる非切替光が場合によっては、非励起極化領域に出入りする際にそれぞれ使用する、極化領域の第１の面または入射面および第２の面または射出面とみなすことができる。射出ビーム９４６用のＴＩＲ界面は、極化基板と反転極化領域９５２の第１の（入射）面との間に形成され、電極９６６によって励起される。射出ビーム９４７用のＴＩＲ界面は、反転極化領域９５２の第２の（射出）面と極化基板との間に形成され、電極９６７によって励起される。射出ビーム９４８用のＴＩＲ界面は、極化基板と反転極化領域９５４の第１の面との間に形成され、電極９６８によって励起される。射出ビーム９４９用のＴＩＲ界面は、反転極化領域９５４の第２の面と極化基板との間に形成され、電極９６９によって励起される。電極は、それぞれのＴＩＲ界面の上方で、永久射出ウェーブガイド９５６、９５７、９５８、９５９に接続された切替ウェーブガイド・セグメントに沿って延びる。１つまたは複数の電極９６６、９６７、９６８、９６９、９７０はあるスイッチ用の陰極として働き、かつ他のスイッチ用の陽極として働くことが好ましい。したがって、各電極は、前のスイッチのＴＩＲ界面に平行に、かつその界面の全長に沿って延びる。各スイッチは、電圧源９２６を用いて導体９２８を介して電界を印加することによって個別に切り替えることができる。すべてのスイッチがオフのとき、入射ビーム９４２はバス・ウェーブガイド９５０に沿って伝搬し、非切替射出ビーム９４４を形成する。第１のスイッチがオンのとき、入射ビームはそれぞれのＴＩＲ界面から反射し、第１の射出ウェーブガイド・セグメント９５６に結合され、第１の反射射出ビーム９４６を形成する。その後に続くスイッチでは、入射ビームはそれぞれの後続のＴＩＲ界面から反射し、ウェーブガイド・セグメント９５７または９５８または９５９に結合され、反射射出ビーム９４７または９４８または９４９を形成する。電極上の電圧は通常、隣接するスイッチからの光干渉がなくなり、すなわち、すべての前のスイッチがオフになるように設定される。これは、たとえばすべての前の電極を、切り替えられた電極と同じ電位に維持することによって行うことができる。この多重スイッチ構造はｎ個のスイッチに拡張することができる。高密度極化領域の上流側端部を入射ウェーブガイド９５０の縁部をかなり越えた位置へ延ばし、ウェーブガイドに対する垂直表面の角度を維持することが望ましい。このようにウェーブガイドを延ばすことによって、入射ウェーブガイド・モードの全指数関数的テールが捕捉され、拡張された高密度極化領域の残りの非臨界位置表面がウェーブガイド９５０から押し出され、それによって光損失が低減する（上流側および下流側は、入射ビーム９４２の伝搬方向に対して定義される）。極化領域の切替ウェーブガイド・セグメントを、上記で第３０図を参照して説明したように指定する場合、射出ウェーブガイドの離隔距離は、最高充填密度時の射出ウェーブガイドの幅に等しくなり、したがって射出ウェーブガイドは平面ウェーブガイドにマージされる。平面射出ウェーブガイドはある種の応用例には有用であるが、各スイッチ内で第２の極化ＴＩＲ界面を使用して射出ウェーブガイドを分離することができる。スイッチ内での２つのＴＩＲ界面の使用法については、第３１図を参照して説明した。第３５図の場合、積み重ねを行うときは極化領域の形状がわずかに異なるものになることに留意されたい。拡張された高密度極化領域の「射出ウェーブガイド」部は、第１のＴＩＲ界面の端部の周りで入射ウェーブガイド９４２に対して角度３θだけ回転され、面の平行度が維持される。したがって、この「射出ウェーブガイド」部は第２のＴＩＲリフレクタ・セグメントになる。第２のＴＩＲリフレクタ・セグメントの幅は、入射ウェーブガイドよりも約５０％だけ大きい。第２のＴＩＲリフレクタ・セグメント内で伝搬するモードは、セグメントの内側で約２Ｗ／ｓｉｎθの距離にわたって拘束を受けない。ここで、Ｗはウェーブガイドの幅として定義される。この側で発生する回折のために、射出ウェーブガイド９５６ないし９５９へのパワー結合は低減する。この距離はほぼレイリー範囲未満に維持することが望ましい。ＴＩＲ角４．５°で動作する４ μｍ幅ウェーブガイドの場合、全非拘束距離は約１００μｍであり、これは青ビームに関するレイリー範囲にほぼ等しい。そのようなスイッチのアレイの性能を最適化する１つの解決策は、（電子光学係数を低下させずに）第２のＴＩＲリフレクタ・セグメント内の適切な位置に永久屈折率低減領域を付加することにある。この適切な位置は、拡張された高密度極化領域の内壁、および第３１図を参照して定義した極化領域８３６の内壁で境界付けされるゾーンである。永久屈折率低減領域によって、モードが２つの連続ＴＩＲミラーから反射する際にモードの拘束に関する最適位置に永久ウェーブガイド境界が画定される。付加された屈折率低減領域は、入射ウェーブガイドに近づくするにつれて零にテーパし、ガイドから十分に離れた位置で屈折率低減領域を打ち切ることによって、入射ウェーブガイドに加される損失を著しく低減させることができる。屈折率低減領域は、前のＴＩＲ界面のＴＩＲ機能を干渉しない（実際には、このＴＩＲ機能を助ける）。したがって、切替ビームは２つの連続ＴＩＲ界面から反射し、スイッチの全偏向角を２倍の４θにする。射出角を２倍にすることによって、入射ウェーブガイドに等しい幅と、最も密度の高い構成での射出ウェーブガイド自体の幅に等しい離隔距離とを有する射出ウェーブガイド用の空間が得られる。射出ウェーブガイドは、第２のＴＩＲリフレクタの最後のコーナーで、第２のＴＩＲ界面に対して角度θをなすように、第２のＴＩＲ界面から反射する光を収集するように最適に位置合わせされて、第３５図の極化領域に接続される。所与のスイッチ用の２つのＴＩＲリフレクタは、介在するウェーブガイド・セグメントなしに接続されることが好ましい。これによって、壁の粗度および非対称性のために永久チャネル・ウェーブガイドよりも損失の大きな極化ウェーブガイド内で偏向ビームが伝わらなければならない経路長を最小限に抑えられる。代替極化境界構造では、隣接する２つの極化領域間の境界は湾曲ＴＩＲ構造でよい。そのような構造のモードはこの場合も、場合によってはウェーブガイドの内側境界上でのある程度の拘束によって修正されるささやきの回廊モードである。極化境界の曲率半径は、２つのタイプのガイド間で大きなパワー結合を得るためにささやきの回廊モードがウェーブガイド・モードにうまく整合できるほど小さくされるが、モード内で角度を分散させるためにほぼ全内部反射を発生させるほど大きくされる。第３６図は、より高い充填密度を得るための二重交差ウェーブガイド構造９８０を示す。この構造は、２つの斬新な特徴、すなわち非対称損失ウェーブガイド・クロス９９７と９０°ミラー９７６および９７７とを組み込んでいる。密度は、基板９８１の同じ表面上に第１の入射ウェーブガイド９８４に平行な第２の入射ウェーブガイド９８２を付加することによって増加されており、実際上、充填密度は２倍である。切替要素９８３および９８５は、前述の極化ＴＩＲスイッチの１つの変形形態として概略的に示されているが、別法として、文献に記載された任意の一体型光学スイッチでよく、したがって本明細書でも、あるいは第３６図でもこのスイッチについては詳しく説明しない（このスイッチは、第７図を参照して説明した格子スイッチや、第１０図を参照して説明したカプラや、第２５図を参照して説明したスプリッタや、第３３図を参照して説明した案内スイッチなど、本明細書で説明する代替方法で実施することもできる）。第１の入射ビーム９９２は第１のウェーブガイドに沿って伝搬し、それに対して第２の入射ビーム９９４は第２のウェーブガイドに沿って伝搬する。２条のビームは、能動スプリッタまたは受動スプリッタを介してそれぞれの異なる光源から放出することも、あるいは同じ光源から放出することもできる。対応するスイッチがオフのとき、入射ビーム９９２および９９４が伝搬し、それぞれ、非偏向射出ビーム９９３および９９５を形成する。対応するスイッチがオンの場合、第１の入射ビーム９９４は射出ビーム９９６として偏向され、それに対して第２の入射ビーム９９２は射出ビーム９９８として偏向される。非対称ウェーブガイド・クロス９９７では、２つのウェーブガイドが互いに交差し、屈折率プロファイルが、他方の損失が多少大きくなるのを犠牲にして、一方のガイドの損失を最小限に抑えるように調整される。交差ガイドは、交差損失を最小限に抑えるために互いに対して大きな角度をなすように配置される（本明細書では９０°で示されている）。第３６図の形状を参照すると分かるように、（この場合は、切替射出光線が並列射出ウェーブガイド９８６および９８８内で伝搬できるように）第２の偏向ビーム９９８は第１のウェーブガイド９８４に交差する。ウェーブガイド９８８は、ウェーブガイド９８４との交差点で切れ、ギャップ９９０および９９１が残る。これは、ウェーブガイド９８４の損失を最小限に抑え、交差領域内ではウェーブガイド９８４の損失よりもウェーブガイド９８８の損失の方が大きな非対称損失構造を形成するために行われる。後での都合のために、非対称クロスが、より損失の小さなウェーブガイドに沿った方向を「向く」ものと仮定する。非対称クロス９９７はウェーブガイド９８４に沿った方向を向く。ギャップ９９０および９９１が、ガイド９８４内のモードに関する指数関数的減衰長よりも広い場合、このクロス構造はウェーブガイド９８４にはほぼ追加損失を与えない。その場合、ウェーブガイド９８４に沿った方向を向く多数の非対称クロス構造を並べて、他の多数のウェーブガイドと交差する低損失のウェーブガイドを形成することができる。ギャップ９９０および９９１は、切れたウェーブガイド９８８内を伝搬するビーム９９８をいくらか反射させ散乱させ、ギャップの幅は、２つのウェーブガイドの所望の低損失の組合せ制約に従って最小限に抑えることができる。交差構造でウェーブガイド９８８内を伝搬するビーム９９８からの光損失を最小限に抑えるには、ガイドの伝搬軸を横切る屈折率プロファイルをガイドの軸に沿って変調またはテーパ付けすることができる。この目標は、ウェーブガイド９８４で非常に小さな損失を維持し、同時に９８８の損失を最小限に抑えることである。この目的は、ガイド９８４に隣接する領域での屈折率変化が、ウェーブガイド９８４自体の屈折率変化と比べて小さく、徐々に変化する場合に達成される（引用するすべての屈折率変化は基板に対するものである）。第２のウェーブガイドの損失は、２つの成分、すなわち屈折率の不連続性による反射のための損失と、回折拡散のための損失とを有する。反射損失は、ウェーブガイド内の屈折率変化の大きさと、ウェーブガイドの端部および側面での屈折率のテーパ・プロファイルによって決定される。たとえば、ウェーブガイドのコアでの屈折率変化が、両方のウェーブガイドにおいて△ｎ＝０．００３で同じである場合、４つの界面での正味反射損失は５％未満であり、反射を低減できる厳密な屈折率プロファイルによる補正は無視される。ギャップ幅が通常、自由空間レイリー範囲よりもずっと小さいので、回折損失はずっと小さい。たとえば、最も幅の狭いモード次元が深さ２μｍである場合、材料の屈折率が２．２であり波長が０．５μｍであると仮定すると、レイリー範囲は５５μｍである。幅３μｍのギャップを仮定すると、各ギャップでの回折損失は１％未満である。ウェーブガイド深さが４μｍである場合、回折損失はずっと小さくなる。回折損失は、ギャップ寸法に対するウェーブガイドの寸法を増加させることによって最小限に抑えることができる。一般に、「ギャップ」９９０は、交差領域に隣接する屈折率分布を有する。この屈折率分布は、基板の屈折率に対して画定される。ギャップの屈折率は、ウェーブガイド９８８の屈折率分布に等しい値から、交差領域に隣接する他の値へ漸減することができる。交差領域の重要な部分は、ウェーブガイド９８４の光モードを伝搬させる部分である。ウェーブガイド９８４の損失を最小限に抑えるために、この重要な部分の交差領域に隣接する屈折率は、ウェーブガイド９８４内の屈折率分布よりもずっと小さい。非対称光損失を有する交差ウェーブガイド形状は、多数の形状変形態様において組み合わせることができる。たとえば、切り替えられた射出ウェーブガイドが入射ウェーブガイドを横切る複数の交差点と共に、３つの以上の入射ウェーブガイドを使用することができる。損失が交差点で最小限に抑えられるという意味で好ましいウェーブガイドの選択も多数の方法で行うことができる。好ましいガイドが並列される例を論じてきた。しかし、より複雑なシステムでは、互いに交差すると共に、好ましくないガイドと交差する好ましいガイドがある。好ましいガイドをどのように交差させするかについての選択は、応用例に依存する。装置内のウェーブガイド交差構造は、非対称損失交差と、ギャップ幅が零である対称損失交差の組合せでよい。ビームを小さな角度に偏向するスイッチ（ＴＩＲスイッチなど）では、ウェーブガイド・クロスで、所望の大きな交差角を達成するために９７６や９７７などの追加ビーム回転手段を設けることができる。ビーム回転手段９７６および９７７は、垂直マイクロミラーであり、固定位置に設置することが好ましい。各マイクロミラーを形成するには、その部分内の基板材料を除去し、反射光を最適に射出ウェーブガイド９８６または９８８へ送るような角度に配向された、ウェーブガイドに隣接する（好ましくは粗度の低い）平坦な垂直表面を残す。マイクロミラーは、たとえばハイパワー・エキサイマ・レーザを用いるレーザ・アブレーションやイオン・ビーム・エッチングを含め、従来型の処理技法を使用して製造することができる。レーザ・アブレーションとイオン・ビーム・エッチングは共に、マスクの助けでミラー形状を画定することができる。この部分に酸化アルミニウムやシリカなど低屈折率低損失材料を充填して、ミラー表面の汚染を防止し、ミラーの全内部反射特性を維持することができる。一方のウェーブガイドの入射に対するマイクロミラーの角度は、全内部反射を与えるように調整することが好ましい。反射光波の消失テールのマイクロミラーの部分を通じた漏れを最小限に抑えるために、マイクロミラー自体の反射表面に垂直な方向のマイクロミラー部分の厚さは、光の波長よりもずっと大きいことが好ましい。他方のウェーブガイドに対する角度は、反射ビームの平均伝搬方向が他方のウェーブガイドの中心軸に平行に平行になるように調整される。マイクロミラーの位置は、一方のウェーブガイドから他方のウェーブガイドへの光の結合を最適化するように調整される。接合領域内のミラーの位置は、ミラー表面を照明する２つのビーム・プロファイルの「重心」が同じ場所に位置するように調整することが好ましい。ビーム・テールの指数関数的に減少する強度を含め、ほぼモード全体を反射するために、入射ビームおよび反射ビームを横切るミラーの長さは、ウェーブガイドの幅の約２倍よりも大きい。１つのウェーブガイド・モードから入射した光は、ウェーブガイド接合領域を通じてマイクロミラーへ回折し、反射し、射出ウェーブガイド・モードに結合される前に再びウェーブガイド接合領域を通じて反射角に回折する。ミラー付近の２つのウェーブガイド間の接合領域は、非拘束ビームのレイリー範囲と比べて小さな領域として最適に維持される。これは、幅が２ミクロンないし５ミクロンの範囲のウェーブガイドを用いて達成することができる。第３６図の構造によって切替光分散ウェーブガイドの大型インターデジタル・アレイが可能になる。一対の入射ウェーブガイドに沿って構造９８０全体を何度も複製し、簡単な交番親子関係パターンを含むインタリーブされた射出ウェーブガイドを生成することができる（この場合、親子関係とは、特定の「親」入射ウェーブガイドから光パワーを導くことを意味する）。各入射ウェーブガイドは、上記にリストし本明細書で説明する要素と同様に切替要素が非常に低い挿入損失を有するかぎり多数の射出ウェーブガイドに接続することができる。非対称クロス構造のために、入射ウェーブガイドの上方にさらに入射ウェーブガイドを（追加スイッチ、マイクロミラー、非対称ウェーブガイド・クロス、インタリーブ射出ウェーブガイドと共に）付加しても、下部入射ウェーブガイドの損失はそれほど増加せず、光を長距離にわたって多数の射出ウェーブガイドに分散する能力はそれほど影響を受けない。これによって、各追加入射ウェーブガイドに必要な光源パワーが適度に増加し、それぞれの射出ウェーブガイドヘ同じパワーが送られる。必要な数の入射ウェーブガイドを並列させて使用し、光の場合によっては大きな全パワーを分散することができる。第３６図の手法を使用して入射ウェーブガイドの射出ウェーブガイドを多数の代替パターンでインタリーブすることができる。ＴＩＲスイッチではなく格子リフレクタを使用して同じ結果を達成することができる。格子リフレクタを入射ウェーブガイドに対して大きな角度に配向させる場合、マイクロミラーはもはや必要とされない。前段で説明した構造は、スイッチ当たりに１つの入力を有し入力当たりに多数のスイッチを含むという点で１対多数アーキテクチャである。多数の入力を同じ出力に接続する方法はない。多数対１アーキテクチャが必要である。その場合、多数対多数構成は、１対多数構成と多数対１構成を組み合わせることによって得られる。第３７図は、多数対１構成で構成されたＴＩＲスイッチを含むウェーブガイドのアレイ１０６０を示す。図の構造では、２つの入射ウェーブガイド１０７２および１０７４が、２条の入射ビーム１０６２および１０６４を１つの射出ウェーブガイド１０７６内の射出ビーム１０７０に切り替える。入射ＴＩＲスイッチ１０９０および１０９２ならびに射出スイッチ１０９４および１０９６については、上記で第３０図ないし第３２図および第３６図で説明してあり、したがって概略的にしか示されておらず、図を明確にするために多数の要素（電極、接点、電源、コントローラ、垂直拘束手段、極化領域の深さ、射出ウェーブガイド拘束のタイプなど）が省略されている。入射ＴＩＲスイッチは、第３６図を参照して説明したように順方向に伝搬するビームを用いて構成され、それに対して射出ＴＩＲスイッチは、逆方向へ伝搬するビームを用いて構成される。スイッチ１０９０および１０９２は、共に、射出ウェーブガイド１０７６にパワーを注入するために必要なので、スイッチ１０９４および１０９６と同様にほぼ同時に切り替えられる。第３６図を参照して説明したように、スイッチ１０９０および１０９４がオンのとき、ビーム１０６２および１０６４の一部がそれぞれ、ウェーブガイド１０７８または１０８４に切り替えられる。入射ビームの残りの部分は、入射ウェーブガイドの延長部に沿って射出経路内にビーム１０６６または１０６８として伝搬し、他の構成要素で使用することも、あるいは吸収しあるいはシステムから散乱させるためのビーム・ダンプとすることもできる。それぞれ、ウェーブガイド１０７８および１０８４からウェーブガイド１０８０または１０８６へビームを反射させるためにマイクロミラー１０８２および１０８８が設けられる。ＴＩＲスイッチ１０９２または１０９６は、オン状態ではそれぞれ、ウェーブガイド１０８０または１０８６内を伝搬するビームを受け取り、射出ビーム１０７０を形成する。ビーム１０６２を射出ビーム１０７０に切り替えることが望ましい場合、スイッチ１０９６およびすべての後続のスイッチをオフにしなければならないことは明らかである（そうしない場合、大部分の所望のビームがウェーブガイド１０７６から反射する）。同様な制約が、多重スイッチ・アレイ内の他のすべての切替ビームに当てはまる。図の構造を形成するために、基板１０９８は、本明細書で説明するように処理される。スイッチ１０９０または１０９４がオフのとき、入射ビームは無視できる損失を受けながら切替領域１０９０または１０９４内を伝搬し、（必要に応じて、非対称クロス内の）ウェーブガイド１０７６を横切り、それぞれ、射出ビーム１０６６または１０６８として現れ、場合によっては追加スイッチへの入力として使用される。追加入射ウェーブガイドを設け、ウェーブガイド１０７６に結合し（あるいは必要に応じて、結合せず）、この構造を射出ビーム１０７０の方向へ修正しながら繰り返すこともできる。追加射出ウェーブガイドを設け、必要に応じて入射ウェーブガイド１０７２または１０７４、あるいはその両方に結合し、この構造をビーム１０６６および１０６８の方向へ修正しながら繰り返すこともできる。第３８図は、多数対多数構成の格子リフレクタのアレイ１２１０を示す。図の構造では、２つの入射ウェーブガイド１２２２および１２２４が２条の入射ビーム１２１２および１２１４を、入射ウェーブガイドに当接する２つの射出ウェーブガイド１２２６および１２２８内の２条の射出ビーム１２２０および１２２１に切り替える。格子１２３８、１２４０、１２４４、１２４６を含む格子スイッチ１２３０、１２３２、１２３４、１２３６については上記て第７図、第８図、第１２図、第１３図を参照して説明してあり、したがって概略的にしか示されておらず、図を明確にするために多数の要素（電極、接点、電源、コントローラ、垂直拘束手段、極化領域の深さ、極化領域のテーパ付け、電極の間隔など）が省略されている。スイッチ１２３０または１２３２がオンのとき、ビーム１２１２の一部がそれぞれ射出ビーム１２２０または１２２１に切り替えられる。入射ビームの残りの部分は、入射ウェーブガイドの連続部分に沿って射出経路内へビーム１２５０として伝搬し、他の構成要素で使用することも、あるいは吸収しあるいはシステムから散乱させるためのビーム・ダンプとすることもできる。スイッチ１２３４または１２３６がオンのとき、ビーム１２１４の一部がそれぞれ射出ビーム１２２０または１２２１に切り替えられる。入射ビームの残りの部分は、入射ウェーブガイドの連続部分に沿って射出経路内へビーム１２５２として伝搬し他の構成要素で使用することも、あるいは吸収し、あるいはシステムから散乱させるためのビーム・ダンプとすることもできる。この構造では２方向伝搬が可能であることを理解されたい。図の構造を形成するために、基板１２４８は、本明細書で説明するように処理される。スイッチがオフのとき、入射ビームは切替領域内を伝搬し（切替領域内では、必要に応じてウェーブガイドを非対称クロスとして構成することができる）、それぞれ、射出ビーム１２５０または１２５２として現れ、場合によっては追加スイッチへの入力として使用される。ウェーブガイドは、図のように簡単な大角度接合として互いに交差することができ、あるいは接合は、格子１２３８、１２４０、１２４４、１２４６の配置にそれほど影響を与えない非対称クロスであってよい。格子が実際には、基板を覆い、所望の電極によってそれぞれの異なるスイッチの領域でしか活動化されない単一の大型格子の一部であることに留意されたい。格子をたとえば極化ドメインで構成する場合、より簡単に形成できる格子向けに基板全体を極化することができる。別法として、格子は、ストライプ状に構成することも、あるいは他の群構成にすることもできる。追加入射ウェーブガイドを設け、ウェーブガイド１２２６または１２２８に結合し（あるいは必要に応じて、結合せず）、この構造を射出ビーム１２２０および１２２１の方向へ修正しながら繰り返すこともできる。追加射出ウェーブガイドを設け、必要に応じて入射ウェーブガイド１２２２または１２２４、あるいはその両方に結合し、この構造をビーム１２５０および１２５２の方向へ修正しながら繰り返すこともできる。第３９Ａ図は、ｎ×ｎ通信経路指定応用例における代替スイッチ・アレイの応用例を概略的に示す。この応用例では、ｎ個の入射光チャネル中の光パワーは、最小限の損失および最小限のクロストークを受けながらｎ個の射出光チャネルへ経路指定される。コントローラは、１つのチャネルと他のチャネルとの間のアドレス可能な経路をセットアップする。左側にｎ個の入射が配列され、底部にｎ個の射出が配列されるまで第３８図の構造を繰り返し、すべてのｎ²個のウェーブガイド交差にスイッチを設けることによって簡単な方形アレイが形成される。交差角は、好都合な角度でよい。この構造では、チャネルの他のチャネルへの切替は、１つのスイッチを活動化することによって行われる。光線は、ウェーブガイド形状を最適化することによって低減させることができる少量のクロストークを受けながらウェーブガイド・クロスで互いに交差する。この構造は、入射と射出との間に独立の１対１接続を確立することができる。通信チャネルを両方の方向で同様に、かつ事実上同時に使用できるように接続が２方向のものであることにも留意されたい。スイッチは図では、特に格子と共に実施されているが、第３７図の構造を複製しｎ×ｎ個の入射および射出を形成することによって第３７図を参照して説明した二重ＴＩＲスイッチを用い、あるいは知られておらず、あるいはまだ発見されていない他の光学切替技法を用いて実施することができる。ＴＩＲスイッチの場合、光学データ経路が入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドとの間の交差の頂点を通過しないことに留意されたい。その代わり、それは交差の近くの他のウェーブガイドを通過する。スイッチの特定の形状によれば、入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドは、第３７図、第３８図、第３９図に示したように大きな角度に交差することも、あるいは斜めの角度に交差することもできる。斜めに交差するウェーブガイドの場合、二重ＴＩＲ切替形状の固定リフレクタ１０８８および１０８２は必要とされない。ｎ個の並列入射ウェーブガイドを含む簡単な方形形状では、単一のスイッチを含む最も近くの射出ウェーブガイドに接続できる１つの入射ウェーブガイドがあり、最低の損失を有する最良ケースの接続が形成される。他の極端な例では、最も遠くの射出ウェーブガイドに切り替えるべき２（ｎ−１）個のウェーブガイド・クロスを横切らなければならない１つのウェーブガイドがある。この最悪ケースの接続は、最良ケースの接続よりもずっと大きな損失を有する。スイッチ・アレイ構造の最大挿入損失を低減させるには、第３６図を参照して説明したように非対称クロス接合を使用することができる。最悪ケースの接続の損失は、上記のウェーブガイドが横切るあらゆるウェーブガイド・クロスが、入射ウェーブガイドと射出ウェーブガイドのどちらかに沿った光の伝搬方向を向く非対称クロスであれば最もうまく低減される。中間接合部で非対称スイッチを使用することはいくつかの切替経路の助けとなるが、他の切替経路を犠牲にするので、この構造を内側ウェーブガイドに一般化できないことは明らかである。非対称クロスの最適な方向を選択するアルゴリズムが必要である。非対称クロスを配設する良好な方法は、ほぼ半分のクロスが各方向を向くようにすることである。斜線（しかし、斜線は含めない）の左上のｎ（ｎ−１）個のクロスが主として、エネルギーを右側に分散するために使用されることに留意されたい。したがって、これらのクロスは、入射ウェーブガイドの方向に沿った方向を向くべきであり、それに対して右下のクロスが射出ウェーブガイドの方向を向くべきである。２方向構造では、斜線上のクロスは、簡単な対称クロスであるべきであり、本明細書では非対称クロスの簡単な斜め構成と呼ばれる。それぞれの異なる使用パターンに応じて他の構成を使用することができるが、これは良好な汎用構成である。ｎ×ｍ（ｎ＞ｍ）構成では、完全な接続が可能なのはｍ本の「入射」ラインとｎ本の「射出」ラインとの間だけである。この場合、すべてのラインが２方向性のものなのて、「入射」および「射出」は識別のため使用されているに過ぎない。監視機能と同報通信機能の両方におけるシステム制御には追加ｎ−ｍ「システム」ラインが有用である。たとえば、ラインＡは、ラインＢに接続したい場合、応答が得られるまでその機能を求めるシステム要求を送信し続ける。たとえば、ラインｍ＋３を、システム要求に関するすべての「入射」ラインの走査専用に使用することができる（「射出」ラインを監視する同様なラインを設けるには、ｍ本のラインが、ｍ×ｍ本のラインからなるサブグループにおけるユーザ専用に使用される、第３９Ａ図に示したｎ×ｎマトリックスなど、より大型のライン・マトリックスが必要である。その場合、ラインｎ−２などのラインを使用して、「射出」ラインを監視することができる）。監視時には、システムは、「入射」ラインまたは「射出」ラインに対応する連続格子をオンにし、ラインが活動状態であるかどうかを検出する。監視中の１本のラインが活動状況である場合、モニタ検出器に整列する連続的にオンに切り替えられる格子によって、ある程度のパワーがモニタ検出器に切り替えられる。活動状態のラインは、活動化されたリフレクタによって、選択された他のラインに接続される。しかし、活動化されたリフレクタは、ある程度のパワーを漏らし、モニタ検出器によって検出できるビームを形成する。この例では、ラインｍ＋３に接続されたモニタ検出器が、スイッチ１２５５（特に格子スイッチとして示されている）をオンに切り替え、ラインＡからの要求を受信したときに、制御システムは、ラインＢがビジーであるかどうかを検査する必要がある。スイッチ１２５３を通じてラインｎ−２との接続が確立されると、ラインＢ接続スイッチを越える位置へ漏れる残留ビームによって、システムは、ラインＢが活動状況であることを知る。活動が検知されない場合、システム要求を（同じモニタ・ラインが、多重化送受信機能を有する場合には同じモニタ・ラインを通じて、あるいは別のシステム・ラインを通じて）ラインＡとラインＢの両方へ送信することができ、スイッチ１２５４を閉じて接続を確立することができる。同報通信機能は、所与の入射からのすべての射出に対応する必要なスイッチ行を部分的にオンにした場合でも、すでに確立されており場合によっては活動状態である、他のチャネル間のいくつかの通信に干渉するので、１対１接続に使用される基本ｍ×ｍ切替ブロック内のラインでは実施できない。同報通信は、第３９Ａ図に示したｍ×ｍ切替ブロックの「外側」にあるシステム・ラインから行うのが最適である（この形状の「内側コーナー」は、「入射」側のライン１と「射出」側のライン１との間の、最低の損失を有する最良ケースのウェーブガイド接続である）。ラインＣは図では、同報通信の一例として格子１２５６によって第３９Ａ図の大部分の「射出」ラインまたはすべての「射出」ラインに活動可能に接続されている。ラインＣのスイッチ１２５６は、十分なパワーが各「射出」ラインへ送られるように部分的にのみオンにしなければならない。簡単な通信接続の場合と同様に、同報通信の場合に同様なプロトコルを使用してチャネル間の競合を防止することができる。同報通信接続は非活動状態チャネルを用いてのみセットアップされ、システムはチャネルをグループ化することも、あるいは個別のチャネルがそれに対する同報通信を許可するのを待つことも、あるいはその両方を行うこともできる。切替効率を高めるには、ウェーブガイドを大型のマルチモード・ウェーブガイドとすることができ、その場合、本明細書の他の箇所で説明する断熱エキスパンダを用いて単一モード通信網が単一モード入射ポートおよび射出ポートｌないしｍに接続される。上記で第３９Ａ図を参照して説明した構造全体は、非同期転送モード（ＡＴＭ）として、あるいはポイント・ツー・ポイント交換通信応用分野で有用である。この構造の有用な１つの変形態様は、ＷＤＭ網における多重波長動作である。極化格子スイッチを使用し、あるいは指定された通信帯域との間で同調する同調可能な固定格子を使用することによって、本明細書で説明するように波長選択光学スイッチを実施することができる。ＷＤＭ網では、同じチャネル中を（２方向に）伝わる他の波長に影響を及ぼさずにチャネル間で特定の波長を切り替えることが望ましい。反射周波数を選択し、同時にＷＤＭスペクトルの他の１組の周波数をほぼ伝送することができる同調可能なスイッチを用いる場合、第３９Ａ図の簡単な形状が妥当である。しかし、単一の動作周波数を有する切替格子を使用する場合、各波長ごとに別々の接続経路が必要である。第３９Ｂ図は、ネットワーク内で使用される各周波数ごとに別々の経路を含む交換ＷＤＭ通信網１２６０を示す。この例は、２周波数ＷＤＭ網に関するものであるが、任意の数の通信周波数に一般化することができる。第３９Ｂ図には、３つのポート１ａ、２ａ、３ａに接続された３つの「入射」ウェーブガイド１２７６が示され、かつ３つのポート１ｂ、２ｂ、３ｂに接続された３つの「射出」ウェーブガイド１２７６が示されている。ウェーブガイドは９つの交差を形成する。各交差には、各「入射」と各「射出」を接続する３つの追加光路がある。この例では、追加経路は同じものであり、３つのタイプからなる。第１のタイプ１２６６の光路は、共に、ＷＤＭシステムの２つの信号周波数帯域のうちの第１の帯域を反射させることができる、一対の固定周波数切替リフレクタからなる。リフレクタは、交差に関連付けられた「入射」ウェーブガイドおよび「射出」ウェーブガイドを横切る格子であり、対応するウェーブガイドと２つの格子を接続する追加ウェーブガイド・セグメントとの間で第１の周波数帯域中のパワーを反射させることが好ましい。第２のタイプ１２６８の光路は、共に、ＷＤＭシステムの２つの信号周波数帯域のうちの第２の帯域を反射させることができる、第２の一対の固定周波数切替リフレクタからなる。この場合も、リフレクタは、それぞれのウェーブガイドを横切って配置された格子であり、対応するウェーブガイドと第２の２つの格子を接続する追加ウェーブガイド・セグメントとの間で第２の周波数帯域中のパワーを反射させることが好ましい。第３のタイプ１２７０の光路は、共に、ＷＤＭシステムの両方の信号周波数帯域を反射させることができる、一対の周波数独立切替リフレクタからなる。この第３のタイプの光路は、ウェーブガイドおよび（第３７図を参照して説明した）固定ミラーによって接続された一対のＴＩＲリフレクタとして実施することができる。この場合、ポート１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂと、関連するウェーブガイド１２７６、１２７７は、「入射」ポートと「射出」ポートとの間で２つの周波数チャネルを同時に切り替えることができる２×２交換網を形成する。関連するウェーブガイド１２７６、１２７７を含むシステム制御ポート３ａおよび３ｂは、監視機能およびシステム通信機能を実行する。たとえば、ＷＤＭシステムの第１の周波数をポート２ａとポート１ｂとの間で切り替えたい場合、ポート２ａとポート１ｂを接続するウェーブガイドの交差にあるタイプ１２６６の光路に関連付けられた２つのスイッチがオンにされ、第１の周波数の光パワーが、２つのスイッチを接続するウェーブガイドを通じてポート２ａとポート１ｂとの間で経路指定される。所与のポートに関連付けられたすべての周波数を他のポートに経路指定する場合、２つのポートに対応する交差でタイプ１２７０のスイッチおよび光路がオンにされる。２つのチャネル間て両方のＷＤＭ周波数を切り替えるには、対応する経路１２６６および１２６８を共に活動化することができるので、光路１２７０は実際には、２×２網では余計なものである。しかし、多数のＷＤＭ周波数を有する上位通信網では、単一の全周波数接続が最低損失を有するので、この接続が望ましい。第４０図は、二次元１対多数経路指定構造を示す。第１のウェーブガイド経路指定スイッチ行は、光パワーを入射ウェーブガイドから画素ウェーブガイド列に接続する。この場合も、スイッチの細部は示されておらず、スイッチは格子として概略的に示されているに過ぎないが、いくつかの異なる方法で実施することができる。二次元「画素」スイッチ・アレイは、「画素位置」にある画素ウェーブガイドからパワーを経路指定する（画素位置でこのパワーに何が起こるかは、応用例に依存する）。すべての画素に到達するために２つの切替レベルが使用される。この構造は、ディスプレイ用に使用することも、あるいはプロセスまたは装置を作動させあるいは制御するために使用することも、あるいはある種のデータを読み取るために使用することもできる。後者の場合、パワー・フローの方向が反転され、装置は多数対１経路指定構造として動作する。入射光線１３４２は、入射ウェーブガイド１３５２内を伝搬し、二次元切替要素アレイ１３５６のうちの１つの切替要素によって多数の画素ウェーブガイド１３５４のうちの１つに結合される。切替要素１３６４は、上記で第７図、第８図、第１２図、第１３図、第３８図を参照して説明したように格子スイッチとして実施することができ、あるいは第３０図ないし第３２図および第３７図を参照して説明したＴＩＲスイッチであっても、あるいは切替可能な他の要素であってもよい。ビーム１３４４は図では、スイッチ要素１３５８によって両素ウェーブガイドに切り替えられ、その後、スイッチ要素１３６０によってもう１度切り替えられ、画素要素１３６２へ伝搬するビーム１３４６を形成している。画素要素１３６６は、図のようにウェーブガイド・セグメントによってウェーブガイド１３５４から分離することも、あるいはほとんどの切替光が画素要素を通過しないようにウェーブガイドに短い距離を置いて隣接することもできる。ディスプレイ応用例の場合、画素要素は、基板１３４８の平面から光１３４６を放出させるためのものでよい。その場合、画素要素は、基板１３４８の表面上の粗パッチでも、あるいは角度付けされたマイクロミラーでも、あるいは光を拡散する角度付けされた粗いマイクロミラーでも、あるいはリン充填ピットでも、あるいは可視光を生成するその他の手段でもよい。ディスプレイの場合、入射ビーム１３４２は、いくつかの色を含むことができ、その場合、ウェーブガイドはすべての色を案内することができ、スイッチはすべての色を結合することができる。ウェーブガイド・スイッチが順次走査され、ディスプレイの画像が生成される。格子スイッチは多重周期格子として実施されるが、ＴＩＲスイッチは、この目的のための修正をほとんど必要としない。ウェーブガイドは、単一モードの場合、最も短い波長ビームを有効に案内しなければならない。入射ビーム１３４２は、切替要素が簡単なオン・オフ装置となるように（入射ビームのすべての色成分を含め）外部から変調することが好ましい。画素要素が、多少とも真っ直ぐな線として構成され、行に沿って電気的に接続することができる場合、画素スイッチ行を作動させるために、ウェーブガイド列を横切る単一行電極を配設することができることに留意されたい。投影ディスプレイの場合、アレイ内のすべての画素から放出される光を収集し、レンズから（大きく）離れた画面上に再合焦させるために追加レンズ構造が必要である。レンズは、焦点面が画面において合理的に平坦になるように良好な軸外性能を有することが好ましく、画素アレイから放出される光のうちの大部分を収集するのに十分な開口数（ＮＡ）を有するべきてある。レンズ・アレイを画素構造に結合し、個別のレンズから生成されるビームの広がりを低減させ、投影レンズに対する（コストのかかる）ＮＡ要件を低減させると有利である。これを行う他の方法は、この場合も、画素においてできるだけ大きな寸法になるようにウェーブガイドをテーパ付けすることである。画素を横寸法が大きくなるようにテーパ付けすることは比較的容易であるが、非常に深いウェーブガイドを得ることは困難である。広幅のウェーブガイドに長い格子結合器を結合することで大きな画素をつくることができる。この経路指定構造内で分散される光を使用して、たとえばＤＮＡリーダや、アレルギー・リーダや、タンパク質リーダの場合にプロセスを活動化することもできる。これらの特定のケースのそれぞれでは、別々のＤＮＡアレイまたはアレルゲン・アレイまたはタンパク質アレイが、光によって励起できる蛍光タグを用いて作成される。１種類の分子または１つの分子標品を、各画素を介して励起できるように構成することができる。光は、それぞれの異なる画素間で電子的に走査され、結果に応じて走査速度および走査順序を決定することができる。蛍光は、外部レンズおよび検出器による検出が可能なように収集することができる。しかし、いくつかの応用例では、画素（およびそのレンズ）およびウェーブガイド構造自体が、放出された放射を収集し光エネルギー検出手段へ案内すると共に、光源の放出を制御すると有利である。レンズは、所望の光照明・収集形状に応じて、コリメート・レンズでも、あるいは再合焦レンズでも、あるいは場合によっては発散ビームを生成するレンズでもよい。コリメート・レンズは、透過し（かつ収集された）たビームがほぼ平行になるようウェーブガイドの端部からレンズの焦点距離だけ分離される。コリメート・レンズは、検査用光線が横切るべき材料の部分が大きい場合に最も有用である。再合焦レンズは、ウェーブガイドの端部から物体距離だけ分離される。物体距離の逆数は、像距離の逆数と焦点距離の逆数との間の差に関係するものであり、像距離は、レンズから所望の像ビーム・スポットまでの距離である。再合焦レンズは、サンプルを小さなスポットに集中させ、それを照明し、あるいはウェーブガイドから読み取り、あるいはその両方を行いたい場合に使用される。発散ビームは、ウェーブガイドの端部から焦点距離よりも短い距離だけ分離されたレンズによって生成される。レンズに接近する光波の広がりが２つの平面で異なる場合、簡単なレンズからの射出ビームは、必ずしも丸いわけではない。（再合焦後に最小スポット面積を得るために）ビームを丸くする最も簡単な方法は、ウェーブガイドの端部での丸いビームから始めることである。これは、ウェーブガイドの設計またはウェーブガイドのテーパ付けによって行うことができる。レンズは、光波全体をウェーブガイドから導き、応用例に応じて回折制限スポットまたはコリメートビームに合焦させるのに適した開口数を有することが好ましい。画素要素１３６２は、上記でこのケースで述べた要素であってよく、活動化すべき材料に直接関連付けることも、あるいは材料と共役な外部プレートと位置合わせする場合のように間接的に関連付けることもできる。各画素要素は、ほぼ共通の焦点面内に像ビーム・スポットを有するレンズ・アレイにスイッチ・アレイを結合できるように前述のように位置合わせされたレンズを含むことができる（「ほぼ共通」とは、この場合、収差のためにかなりゆがむことがある真の焦点面のほぼレイリー範囲内であることを意味する）。この経路指定構造を使用して蛍光放出も検出する場合には、画素要素１３６２において拡散体ではなくあるタイプのリフレクタを使用することが好ましい。というのは、リフレクタは、蛍光放出が来たときにそれをウェーブガイドに結合するからである。この結合は、所与の画素用のスイッチが活動化されているかぎり維持される。必要に応じて、他の画素要素に切り替える前に光源をオフに切り替え、放出の減衰を解消することができる。データ・リーダとして使用する場合、光伝搬の意味は、第４０図に示した意味とは逆になる。データを含む装置からの光が、画素要素で収集され、経路指定ウェーブガイド構造に結合され、経路指定ウェーブガイド構造がこの光を入射ウェーブガイド１３５２へ案内する。ウェーブガイド１３５２には、データを読み取る検出器が接続される。この検出器は、ウェーブガイド１３５２とデータ媒体の照明に使用される光源との間のビームスプリッタを介してウェーブガイドに同時に接続することができる。画素要素１３６６（または単に「画素」）は、構造１３５０を通じて経路指定された光を収集しデータ媒体へ送るために、レンズを介してデータ・スポットに結合することが好ましい。このレンズ結合は、データ媒体から反射され、あるいはその他の方法で放出された光を収集し、画素要素に結合されウェーブガイドの端部上に再合焦させるようにも働く。データはターゲット・ボリュームのものでよく、その場合、レンズは光ビーム１３４６を平行にするよう配置される。データはターゲット上に表れる。その場合、それぞれの異なる画素要素が、たとえば磁気光学データ記憶表面やＣＤの回転ディスク上のそれぞれの異なるトラックに対応することができる。レンズは、回折を制限しながら画素からの光をデータ・スポットに再合焦させるように構成される。それぞれの異なる画素をそれぞれの異なるトラックに関連付けることによって、ほぼ遅延時間なしにトラック間に切替を電子的に行うことができる。データ媒体上のそれぞれの異なる平面にそれぞれの異なる画素を結合することもできる。これは、総記憶容量を増加させるために媒体上の複数の平面に記録されたデータを読み取るうえで有用である。平面間の切替は、それぞれの異なる平面に結合された画素どうしを切り替えることによって電子的に行うことができる。所与のトラックを横切る（好ましくは、それに垂直な）トラック分離線の一部によって分離された位置にいくつかの異なる両素要素を合焦させることもできる。トラックが移動する際、画素どうしを切り替えることによって、機械的ではなく電子的に正のトラッキングを行うことができる。トラックの移動を検出するにはセンサおよび電子機器が必要であり、所望の画素に切り替えるにはコントローラが必要である。それぞれの異なるチャネルで信号強度および信号雑音比（ＳＮＲ）を検出し、好ましい（最もうまく位置合わせされた）チャネルを判定することができる。ウェーブガイド１３５２に沿ったスイッチを３方向クロスではなく、基板の縁部に第４のレグを含む４方向クロスとして構成する場合、検出器アレイ１３６８を第４のレグに位置合わせして配置することができ、各列からのリターン・パワーを検出するために個別の検出器１３６７を各行に個別に位置合わせすることができる。検出器１３６７を使用する場合、検出器アレイ１３６８上のデータ媒体からのリターン・パワーを最大にするために、ウェーブガイド１３５２に沿って存在する格子の最適屈折率は約５０％である。このルータ構造の上流側のウェーブガイド１３５２に単一のビームスプリッタを配設する場合も、最適な反射は５０％である。入射ウェーブガイドと画素ウェーブガイドのどちらかに沿ってスイッチを部分的に励起することによって、それぞれの異なる画素を部分的に励起することができることに留意されたい。切替要素１３６４は、その反射係数を変更するように印加電界によって調整することができる。ある程度のビームを、第２の画素で同時に使用できるように、部分的に励起されたスイッチを透過させることができる。ルータ１３５０では複数の検出器を構成することもできるので、トラック移動補正の場合、多重画素励起が特に重要である。たとえば、経路指定構造１３５０の３つの異なる列上の３つの異なる画素を同時に励起する場合には、それらに対応する画素列スイッチを部分的に励起する必要がある。複数のスイッチの適切な励起を判定するための計算をコントローラによって行う必要がある。スイッチにおける損失を無視する場合、最適のＳＮＲを得るためにスイッチのそれぞれの検出器上で等しい強度を生成するには、入射光の約１６分の３だけ反射するように第１の画素列に対応する第１のスイッチを励起し、第１のスイッチを通過した残りの光の約４分の１だけ反射するように第２の画素列に対応する第２のスイッチを励起し、前の２つのスイッチを通過した残りの光の約２分の１だけ反射するように第３の画素列に対応する最後のスイッチを励起すべきである。媒体からの反射が１００％であり、光収集係数が１００％であると仮定すると、入射ビームの約１５％が各検出器に反射される。この結果は、単一画素の場合に単一の検出器上でビームの２５％を受け取ることが最適である（最適なスイッチ励起＝屈折率５０％）ことと比べてかなり良好である。実際、１条のビームを用いる場合よりも３条のビームを用いる場合の方が多くの全光子が収集される。電子トラッキングによって、より廉価でより高速であり、より信頼できるデータ読取り／書込み装置が得られる。これらの手法（電子トラック切替、電子データ平面切替、電子トラッキング）を任意に組み合わせてデータ記憶装置の性能を向上させることができる。可変合焦を電子的に行い、場合によってはすべての機械的運動（媒体の回転を除く）を装置から除去する手段も必要である。下記で第５４図を参照して説明するように、電子可変合焦は、ゾーンプレート・レンズを用いて、光線１３４２の波長を変化させることによって行うことができる。図のように、第４０図の経路指定構造は、ＴＭモードしか反射させない９０° 格子スイッチを含む偏光構造である。その結果、強度に基づくビームスプリッティングしか使用できない。偏光ビームスプリッタを使用できれば、所与の光強度に関する信号強度が係数４だけ増加するので非常に有利である。しかし、２つの偏光を移送し次いで分離することができる切替構造が必要である。十分なすれすれＴＩＲ角（ＴＥモードに関する全内部反射のための角度よりもかなり小さな角度）ではＴＩＲスイッチの偏光依存性は無視できるが、非常にロー・アングルの切替形状を使用する際には充填密度に関する問題が生じる。第４１図は、データ・リーダ１３７０として構成された偏光に強く依存するスイッチの線形アレイを示す。スイッチは、活動化されたスイッチ１３７２内でＴＭ偏光され強く反射されたビーム１３４２を用いて励起される。両方の偏光を案内する、ニオブ酸リチウムにおけるチタン内部拡散ウェーブガイドなどのウェーブガイド１３７６および１３７８が使用される。画素要素は、一体化レンズ１３８０と組み合わされたマイクロミラー１３７４と、軸１３８８の周りで回転するディスク１３８６上のトラック１３８４に構成されたデータスポット、たとえば１３８２として実施される。データ・トラック上の複屈折データ・スポット（またはセパレータ）から反射された直交偏光は、レンズ１３８０によって収集され、ウェーブガイド１３７８に再合焦され、マイクロミラーによって、ＴＥ偏光を有するガイドの平面に反射される。ＴＥモードは、格子に関するブルースターの角度に偏向されると共に、反射に関して、位相整合されない異なる伝搬定数を有するので、検出器アレイ１３６８の検出器１３６７への反射なしにスイッチ内を伝搬する（別法として、スイッチがＴＩＲスイッチである場合、屈折率は、ＴＭ波の場合よりもＴＥ波の方がずっと低く、大部分のＴＥ波はスイッチを透過し、検出器にぶつかる）。スイッチ１３７２の代わりに他のスイッチ１３７３を作動させる場合、ビームは異なる画素１３７５へ伝搬し、画素１３７５とそのマイクロレンズ１３８１の位置合わせに応じて、（画素１３７５がトラック切替に関するものか、それともデータ平面切替に関するものか、それともトラッキング制御に関するものかに応じて）他のデータ・トラックと、他のデータ平面と、トラック幅の一部からなる横偏差を有する同じトラックのいずれかに合焦される。ルータ内のスイッチを異なる方式で配向させ平面内の光伝搬方向を変更できることや、単一の装置内で複数のタイプのスイッチを使用できることや、より高いレベルの切替を使用できることなど、第４０図および第４１図を参照して説明した構造に関しては多数の変形形態が明らかになろう。第４２図は、切替可能な一体型スペクトル・アナライザ９３０を示す。入射ビーム９２１は、ある距離だけ延びた後に終わる入射ウェーブガイド９２３に進入する。入射ビーム９２１は、他のウェーブガイド内を伝搬することも、あるいは好ましくはウェーブガイド９２３へのパワーを最適化するように位置合わせされモード整合される自由空間ビームとなることもできる。装置９３０は、平面内の伝搬を制約する平面ウェーブガイド８３５を備える。入射ウェーブガイドの端部から現れた光線９２７は、一体型レンズ要素９２５を通過するまで平面ウェーブガイド内の１つの平面で発散する。一体型レンズは、光軸からほぼ２次関数的に減少する光学的厚さを画定する境界内で平面ウェーブガイドと比べて高い屈折率を有する（あるいは、一体型レンズが低い屈折率を有する場合、光学的厚さはほぼ２次関数的に増加する）。レンズは、マスク内部拡散またはイオン交換によって製造することができ、あるいは電極によって励起される逆極化セグメントであってもよい。レンズ９２５は光線をコリメートし、光線は次いで、３つの格子部９２９、９３１、９３３のうちの少なくとも１つへ移動する。格子は、それぞれ、ドメインを有する個別のセルで形成され、各ドメインは、背景材料とは区別され、応用例に応じた可変量だけ分離される。セルは、基板に対する不変屈折率差または調整可能な屈折率差を有し、それぞれの異なるセルは、それぞれの異なるタイプのものであってよい。永久ドメイン・タイプにはたとえば、内部拡散領域、イオン交換領域、エッチング領域、放射ボンバー領域が含まれ、さらに一般に、任意のタイプの屈折率修正プロセスによって形成された領域が含まれる。格子部は、エッチング、またはイオン交換、または内部拡散によって製造することができ、その場合、格子は永久的なものであるが、好ましい実施形態では極化ドメインから製造されるものとして示されている。電極９３２、９３４、９３６は、共通の電極９３８と共に格子を個別に励起するために使用される。共通の電極９３８は、図が簡単になるように示した基板の対向面上に配置することも、あるいは低電圧励起のために電極９３２、９３４、９３６を囲むように配置することもできる。個別の格子内のセルは、必要な運動量を有する仮想光子を供給するために所望の方向の所望の周期性を形成するように代替方法で構成することができる。セルは、行の間隔によって画定される運動量を有する平面に垂直な仮想光子運動量を有するある種の平面を画定するように行として構成することができる。この場合、行中のセルの間隔によって画定される運動量を有する平面に沿って、運動量を有する仮想光子も存在する。再帰反射を位相整合するために、仮想光子の運動量は、入射光子の運動量の丁度２倍であり、逆の方向へ送られる。他の反射プロセスは、より小さな運動量を有し、入射軸を横切る方向へ送られる。したがって、行間隔の周期Λは、量λ／２ｎ_effの一部であるという点で入射波長λに部分的に比例する。一般的なケースでは、入射軸に沿った仮想光子運動量がその軸に沿ったセル分布の（フーリエ変換を通じて求められる）空間周波数スペクトルによって決定されるように、格子内の位置と共に変動する距離の分布によってセルを分離することができる。対応する電極の電位状態を調整することによって、少なくとも１つの格子９２９または９３１または９３３がオンにされる。第４２図で、格子９２９は活動化されているものとして示されている。活動化された格子は、仮想光子を入射光子とし、散乱プロセスをへて位相整合し、それぞれの異なる波長を有する波長に応じて角度単位で分離された複数の射出ビーム９３５および９３７を形成する。活動化された格子９２９からの射出ビームはレンズ９３９を通過し、レンズ９３９は射出ビームを検出器アレイ９４１上に再合焦させる。検出器アレイは、検出のために射出ビームの一部を受け取るように配設されたセンサ群であり、図のように装置９３０の縁部に結合することが好ましい。しかし、装置９３０をより大きな基板上に一体化したい場合、この位置に基板の縁部を有することは望ましくない。この場合、他のビーム抽出法（垂直偏向ミラーなど）を使用してビーム９３５および９３７の一部を検出アレイへ偏向させることができる。検知手段は、射出レンズ９３９の焦点面の約１レイリー範囲内に配置される。この位置では、入射ビーム角が射出ビーム位置にマップされる。格子は入射波長を射出ビーム角度としてマップするので、コリメートされた入射ビームの場合、それぞれの異なる入射波長が焦点面内のそれぞれの異なる位置にマップされ、波長スペクトルの空間解像度が、格子の特性に依存する。アレイ９４１内の検出器の位置の関数としての検出されるパワーは、入射ビーム９２１の周波数パワー・スペクトルに比例する。したがって、装置９３０は、スペクトル・アナライザである。装置９３０は、入射ビームが、いくつかの異なった周波数チャネルを占有するチャネルに分割され、装置自体がチャネルを所定の検出器または検出器群に分散するように構成される場合は、マルチチャネル検出器である。それぞれの異なる格子をオンに切り替えることによって、それぞれの異なる周波数範囲で機能するように装置を再構成することができる。たとえば、格子９３１または９３３を活動化した場合、分散された光はレンズ９３９によって、異なる検出器アレイ９４３と拡張検出器アレイ９４１の異なる部分のどちらか上に合焦される。格子の周波数範囲は、格子のビームに対する角度および格子の周期性によって決定される。格子９３１は、活動化されたときにより高い光周波数範囲が選択されるようにビームに対してより浅い角度を有するように示されている。格子９３３は、重なり合う複数の周波数範囲を選択できるように、互いに横切る複数の周期を有する。上記で第１８図を参照して説明したように、複数の周波数を極化領域境界にマップすることができる。格子９３３の極化要素は全体的に、２つの主仮想光子運動量方向に垂直に配向された平面として構成することができる。平面の整相は、所望の格子の周波数成分をドメイン境界に移すプロセスによって行われる。しかし、一般的な格子は、すべての方向に運動量を有し、その場合、結果として得られるドメイン境界は、主方向を除いて平面としては構成されない。透過ビーム９１３は、一体型レンズ９０７によって射出ウェーブガイド・セグメント９０９に再合焦され、格子と相互作用しなかった入射ビーム９２１の帯域外部分の少なくとも一部を含む射出ビーム９１１が形成される。切替範囲スペクトル・アナライザの有用な変形形態は、第４２図および第３０図ないし第３５図の要素を組み合わせたものである。この基本的な考えは、格子の角度を変更し、あるいは光源点を等価的に変更することによって格子のスペクトル範囲をシフトすることができることに基づくものである。この変形形態では、ウェーブガイド経路指定構造を使用して光源点を切り替えられるようにする。ウェーブガイド・スイッチが入射ウェーブガイド９２３（および場合によっては放射ウェーブガイド上）の１つまたは複数の位置に配置され、並列光源ウェーブガイド・アレイが形成される。これらにウェーブガイド間で入射光線９２１を切り替えることができる。ウェーブガイドはすべて同じ平面、好ましくは入射レンズ９２５の焦点面で終わる。スペクトル・アナライザの残りの部分は同じである。ただし、複数の入射を用いる場合、追加格子９３１および９３３を有する必要はない。複数の切替入射ウェーブガイドの分離は、アナライザ９３０向けの切替可能な所望のスペクトル範囲が得られるように応用例に応じて調整される。第４３図は、極化音響多層干渉計構造９５３を示す。入射音響波９７２は、バルクでも、あるいは表面音響波でもよい。極化構造は、２種類のドメイン９６３とドメイン９６４とを含む圧電基板９６５の領域９５５に製造される。極性反転によって部分的な音響波反射が起こることが知られている（たとえば、米国特許第４４１０８２３号Ｍｉｌｌｅｒ等）。ビーム９７３の反射およびビーム９６１の透過は、極化領域間の界面の間隔の影響を受ける。高反射率および低透過率が必要である場合、隣接する界面を音響波長の半分の整数倍に等しい距離だけ離隔すべきである。構造の透過率を高くし、反射率を低くする必要がある場合、間隔は、音響波長の４分の１に波長の半分の整数倍を加えた値に等しくすべきである。音響インピーダンスが変化する界面近くに適当な数の極化領域を付与することによって、界面からの反射波とは異なる位相を有し、かつそのような反射波と同じ振幅を有するように反射波の位相を選択して、反射防止（ＡＲ）構造を製造することができる。第４４図は、極化バルク音響トランスジューサ９７１を示す。入射音響ビーム９７２は、一対の電極９７４および９７５を含む圧電基板９６５の極化領域に入射する。極化領域は、２種類のドメイン９６３および９６４、すなわち互いに最適に反転されたドメインを含む。極化方向を音響波長の２分の１ごとに反転することによって、各極化領域で音響波によって誘導される電界として同じ電界を選択することができる。この場合、従来技術のインターデジタル電極ではなく単一の電極を使用して、誘導された電圧を捕捉することができる。電極９７４および９７５は、入射波９７２の存在を検出するために使用される。射出電圧は、導体９７９によって漸減され、電子コントローラ９７８で検出され、時間の関数として（狭帯域入力の場合）正弦的に変動し、振幅は音響波の振幅に比例する。前述のように、極化界面間隔が波長の２分の１である場合、この構造はハイ・レフとしても働き、このことは所与の実施態様では望ましくない。この特性は、第４４図に示したように界面を波長の４分の１および４分の３の間隔に配置することによってなくすることができる。この場合、この構造は望ましくない反射をなくする反射防止コーティングである。ほぼ音響波全体が極化構造を貫通し、音響波のエネルギーを完全に検出電子機器に吸収することができるので、この構造９７１は、音響エネルギーの効率的な同調検出器である。この構造の帯域幅は電極で覆われた極化構造内に入る音響周期の数に反比例する。この効率は、電極の下方の音響経路長に比例する。したがって、検出器の帯域幅と効率は、比例し、検出領域の寸法を変更することによって調整することができる。構造９７１は、基本的にプロセスを逆に実行することによって音響生成装置として使用することもできる。２つの電極の間に、励起する必要がある音響波の周波数の時間依存電気信号が印加される。基板の圧電係数によって音響波の周波数で周期ひずみが生成され、１つ９６１は順方向に伝搬し、１つ９７３は他方向に伝搬する一対の波が生成される。装置９５３と装置９７１を組み合わせ、９５３を望ましくない波のトータル・リフレクタとして構成することによって、単一の波を生成する必要がある場合に高効率単方向性生成装置を形成することができる。トータル・リフレクタを望ましくない波に対して９０°に配向させ、所望の波と同じ位相を反射波の位相として選択した場合、２つの波は単一の方向にほぼ単一の波として現れる。第４４図の構造の変形形態は、ひずみ作動光学相互作用装置である。この装置では、ひずみ場のために極化領域９６４および９６３が作動し、光弾性効果を通じて屈折率が変化する。この場合、構造９７５はひずみ誘導パッドであり、被膜および基板のそれぞれの異なる熱膨張係数のために室温でひずみ場が生成されるように高温で基板材料９６５上に付着させることができる。この機械的ひずみ場は、光弾性テンソルを通じて動作し、ドメインごとに異なる基板の屈折率を変化させ、この場合も、本明細書の他の箇所で説明するように使用できるパターン化屈折率を有する基板を形成する。電極の付着工程が所望のひずみ場に望ましくない影響を及ぼさないかぎり、電子光学効果を使用する電界を光弾性効果と組み合わせることができる。第４５図の構造８９０は、一対の光波の同調コヒーレント検出器である。この構造は、所望の中央「共振」周波数差の周りのある帯域幅内の光波間の周波数差しか検知しないという意味で同調式である。最も簡単なケースでは、装置は、周期Λを有する周期構造を形成するインターデジタル電極８８５とインターデジタル電極８８６との間の各離隔距離が等しくなるように構成される。所与の瞬間には、入射ビーム８８７に存在する２つの入射周波数によって、光周波数差および光周波数での基板８８９の屈折率に依存する空間周期を有する電界の干渉パターンがウェーブガイド８８８内で生成される。干渉パターンの空間周期が周期Λに等しい周波数差で、電極構造は共振し、電極は、ウェーブガイド上の誘導された変位電荷のための電位差に励起される。周波数応答特性は、極化格子周期内で２つの光波が２πだけ位相ずれする光周波数差によって決定される共振周波数を有する正弦関数に関係するものである。バッファ層８９１は、電極構造が配置されたときに伝搬する光波の損失を最小限に抑えるために必要である。バッファ層８９１は、厚さが周期Λよりもずっと小さい場合、誘導電位の強度をそれほど低減させない。干渉パターンは、２つの光波間の周波数差で振動する低周波数成分を有する。したがって、リード線９７９を介して電子コントローラ９７８によって捕捉される電子信号もこの差周波数で振動する。電子信号の振幅は、この共振差周波数で大きく、インターデジタル電極構造内に含まれる最良の周期の数の逆数に比例する装置の帯域幅に応じて他の差周波数では低下する。別法として、インターデジタル電極は、複数の共振周波数が存在し、あるいは応答の帯域幅が修正されるように複数の周波数成分と共に構成することもできる。この装置は多重命令に敏感であることも留意されたい。電極の幅が半周期と比ベて狭い場合、共振差周波数の奇数高調波で顕著な応答が行われる。ウェーブガイドの軸に沿って非対称的になるようにフィンガを互いにずらすことによって、偶数高調波に対する応答性を生成することができる。この上位応答は、一次応答を低下させる犠牲を払わないかぎり向上させることができない。この応答は、電極どうしを互いに心合わせし、電極の幅を増加させることによって最小限に抑えることができる。最後に、ウェーブガイド８８８は厳密に必要なものではない。このウェーブガイドは省略できるが、検出された波を電極の非常に近くまで運び信号の捕捉を最適化すべきである。第４６図は、低損失切替可能ウェーブガイド・スプリッタ７８０を示す。この装置は、Ｙ字形接合部として広がり、共に、入射セグメントに入射した光の光路となる可能性のある、２つの射出ウェーブガイド・セグメント７７５および７７６に分岐する、入射ウェーブガイド・セグメントからなる永久Ｙ字形ウェーブガイド・スプリッタ７７４を有する。入射セグメント幅および屈折率プロファイルと射出セグメントの幅および屈折率プロファイルは等しいことが好ましい。スプリッタ７８０は、Ｙ字形スプリッタ７７４の領域内に電子光学係数を有する極化構造７７８も有する。極化領域７７８は、複数の層を有することができる基板の頂部近くの薄い層であってよく、あるいは基板全体にわたって延びることができる。基板の残りの部分は、極化することも、あるいは非極化することもできる。ウェーブガイドの上方に一対の平面電極７７７および７７９が互いに隣接して配設され、一方の電極７７７は射出ウェーブガイド７７５の一部を覆い、他方の電極７７９は、射出ウェーブガイド７７６の一部を覆う。電極は、製造上の都合および機能が最適化される程度にのみ平面である。電極が付与される表面が平坦であり、あるいは湾曲している場合、電極はそれに整合する。電極７７７の縁部７８１は、ウェーブガイド７７５に非常に浅い角度で交差し、Ｙ字形接合部でウェーブガイド７７６の内側縁部の円滑な連続部を形成する。同様に、電極７７９の縁部７８３は、ウェーブガイド７７６に非常に浅い角度で交差し、Ｙ字形接合部でウェーブガイド７７５の内側縁部の円滑な連続部を形成する。ある極性を用いて電極を互いに励起させると、電極７７７の下方の屈折率が低減し、電極７７９の下方の屈折率が増加する。その結果、電極縁部７８１の下方の励起領域がウェーブガイド境界を形成し、入射ビーム７８９をほぼ完全に射出ビーム７８４に切り替え、代替射出ビーム７８２へのパワー漏れはほとんどない。電極７７９の下方の屈折率が増加することは、光エネルギーを境界７８１から移動するうえで助けとなる。電極間に逆の極性を印加すると、入射ビームはほぼ完全に他方の射出ビーム７８２に切り替えられる。電圧を印加しない場合、入射パワーは、構造が対称的である場合には２つの射出ポートに均等に分割される。したがって、この構造は３ｄＢスプリッタであり、ビーム・ディレクターとして２つの方向のうちの一方に低損失で電気的に切り替えることができる。電極７７７および７７９は、Ｙ字形構造７７４から構造への入力時にテーパしており、それによって、屈折率のより低い領域がウェーブガイドの方へ次第に近づき、光損失が最小限に抑えられる。静電界分布の円滑化効果によって両方の電極の下方で非常に円滑な屈折率遷移が行われる。Ｙ字形分岐領域から離れた射出ウェーブガイドを横切る電極の縁部をウェーブガイドに対して９０°に構成し、損失を最小限に抑えることが好ましい。このＹ字形スプリッタは、電界がオフの場合に３ｄＢとは異なる分割比を生成するように非対称的に構成することができる。これは、一方のウェーブガイドの偏差角を増加させ、あるいは他方の偏差角を減少させ、あるいはその両方を行うことによって行うことができる。十分に大きな電界が電極に印加されるかぎり、切替機能は、非対称構造の場合でも、対称構造の場合とほぼ同様に動作する。消光比（オンに切り替えられたウェーブガイド内のパワーと、オフに切り替えられたウェーブガイド内のパワーとの比）は、非対称性が大きいにもかかわらず非常に大きなままである。しかし、光損失は、非対称切替可能ウェーブガイド・スプリッタの２つのレグではいくらか異なる。したがって、装置７８０は、所望の分割比を有するスプリッタとして構成することができ、しかも良好な効率および高い消光比で切り替えることができる。この装置は、２つよりも多くの射出ウェーブガイド間で切り替えられるように縦続接続することができる。たとえば、射出ウェーブガイド７７５を７８０と同様な第２の装置の入力に接続する場合、そのパワーを一対の追加ウェーブガイドに受動的に切り替えることも、あるいは能動的に切り替えることもできる。７８０と同様な１つのスイッチ、２つのスイッチ、４つのスイッチ、８つのスイッチからなる４組のスイッチを用いて、１６本の切替射出ラインを得ることができる。これらのライン間のパワー分割比は、非切替状態の場合に等しくなるように構成することも、あるいは任意の他のパワー分割比として構成することもできる。スイッチを活動化したときに、単一の射出ウェーブガイドをオンにすることも、あるいは単一の射出ウェーブガイドをオフにすることも、あるいは射出ウェーブガイドの組合せをオンおよびオフにすることもできる。装置内の光の伝搬方向は反転することができる。この場合、射出ポート７７５および７７６のどちらかへの入射を入射ポートから現れるように切り替えることができる。印加電圧がない場合、各射出ポートでのパワーは所与の減衰（対称装置の場合は３ｄＢ）を受けながら入射ポートに結合される。電界をオンに切り替えると、「オン」ウェーブガイド内のパワーは非常に低い損失を受けながら入射ポートに接続され、それに対して「オフ」ウェーブガイド内のパワーは入射ウェーブガイドから非常に有効に回折される。「オフ」ウェーブガイドは入射ポートからほぼ絶縁される。別法として、入射ウェーブガイドどうしが接合し２×２スイッチまたはルータを形成するように、ミラー像装置を背面組み合わせでスイッチ７８０に接続することができる。どちらかのウェーブガイド・ポート対への入射は、他方のポート対のどちらかのウェーブガイドに切り替えることができる。ｎ×ｎスイッチまたはルータを形成時にカスケードすることは可能である。第４７図は、複数の極化領域を使用する切替可能なウェーブガイド・スプリッタの代替実施態様７９０を示す。この構成では、Ｙ字形領域内のウェーブガイドの境界に沿って切替屈折率差が増加し、それによって光モードがより狭い領域によりうまく拘束され、オフに切り替えられた射出ウェーブガイドへの残留結合が低減される。２つの極化領域７８５および７８６は、入射ウェーブガイド７７４の各側にＹ字形分割領域に沿って配設される。極化領域は、射出ウェーブガイド７７５および７７６に非常に浅い角度で交差し、Ｙ字形接合部でウェーブガイド７７６および７７５の内側縁部の円滑な連続部を形成する境界７８７および７８８を有する。極化領域の境界は、電気的に励起される屈折率変化が徐々に始まるように入射ウェーブガイドから徐々にテーパし、かつＹ字形接合部から離れた位置で射出ウェーブガイドを横切る。この位置では、電界が大幅に低減され、光損失が減少する。電極７９１および７９２は、ほぼ極化領域７８５および７８６の全体にわたって配設される。電極に電位差が印加され、電極間および電極の周りの部分全体にわたって電界が静電パターンとして励起される。電界は、極化領域およびその周りの領域を貫通し、対応する光屈折率変化パターンを誘導する。局部光屈折率変化は、局部電界方向と局部電子光学係数の積に比例する。極化領域は、互いに逆の極性の領域に囲まれることが好ましく、その場合、極化領域の電子光学係数は、周りの領域の電子光学係数とは逆の符号を有する。界面７８７および７８８で、屈折率の鋭い変化が発生する。ウェーブガイドの一方の側では、界面において屈折率が低減し、ビームが低屈折率領域から案内される傾向が生じる。他方の側には逆のことが当てはまる。印加電界が十分に大きなものである場合、低減された屈折率を有する界面がウェーブガイド境界を形成する。案内界面が極化領域の対向側に射出ウェーブガイドの内部境界の延長として円滑に接続するので、入射光線７８９は射出ウェーブガイドへ案内される。案内境界の曲率が徐々に変化するものである場合、オフに切り替えられたウェーブガイドへの光漏れは少ない。極化領域がウェーブガイドに徐々に近づくので、入射時の損失は少ない。接合部を越えて延びる極化領域の部分が、オフに切り替えられた射出ウェーブガイドの案内効果を抑制し、オンに切り替えられた射出ウェーブガイドの案内効果を高めるので、Ｙ字形接合部での損失は少ない。代替策として、極化領域を非極化材料で囲むことができる。その場合も、界面７８７および７８８で屈折率が急激に変化し、したがって装置は依然として機能するが、屈折率変化は、極化領域が逆極化材料で囲まれるときに得られる値の半分に過ぎず、したがって印加電界はより高くなければならない。前述した別法もこの装置に適用できる。第４８図は、１×３スイッチの主要な設計要素を示す。図の設計要素は、第４６図の装置７８０をどのように単一の極化領域とパターン化電極とを含む１×３スイッチに転換するかを示す。この装置は、所望の数ｎ（ｎ＝３）の射出分岐を有する永久分岐ウェーブガイドを含む。ウェーブガイドは、（良好な消光比を得るために）ウェーブガイド自体よりも深く延び、かつウェーブガイドが大きく（ウェーブガイドの幅の３倍など）分離された接合領域をかなり越えて延びる極化領域を通過する。ウェーブガイド境界、このウェーブガイド境界の、入射ウェーブガイドの境界への円滑な延長部、接合領域をかなり越えた距離で射出ウェーブガイドを横切る垂直境界によっていくつかのゾーンが画定される。そのように画定される（ｎ²＋２ｎ−２）／２個のゾーンがある。図のように最外ゾーンを最外ウェーブガイドの外側を越えて延ばし、入射をテーパ付けすると有用である。すべての電極間に、小さいが励起時に電気絶縁破壊を回避するのに十分なギャップが設けられるように、各領域の上方に別々の電極が配置される。この装置を操作するには、対応するゾーンが所望のウェーブガイド内に拘束されるかどうによって決定される極性を有する各ゾーンに独立に電界を印加する。たとえば、第４８図の５つのゾーンは、表１に従って励起される。前述のように、電界の大きさは、それぞれの異なる極性で励起される隣接するゾーンの縁部に沿って良好な案内境界を生成するように調整される。第４８図の設計要素は、第４７図の装置７９０をどのように、複数の極化領域を含む１×３スイッチに転換するかも示す。この装置はこの場合も、所望の数ｎ（ｎ＝３）の射出分岐を有する永久分岐ウェーブガイドを含む。この場合も、ウェーブガイド境界、このウェーブガイド境界の、入射ウェーブガイドの境界への円滑な延長部、接合領域をかなり越えた距離で射出ウェーブガイドを横切る垂直境界によっていくつかのゾーンが画定される。この場合も、図のように最外ゾーンを最外ウェーブガイドの外側を越えて延ばし、入射をテーパ付けすると有用である。各ゾーンは、共通のゾーン境界を有する近傍のゾーンとは逆の方向へ極化される。同じ極化方向を有するゾーンは、頂点を共有するに過ぎない。入射ウェーブガイド領域を最内ゾーン（すなわち、入射ウェーブガイドの最も近くのゾーン）とは逆方向へ極化することが好ましい。第４８図で、最内ゾーンはゾーン２および４と呼ばれている。このゾーン・ベースの極性選択手順によってゾーン２および４のみが逆極化され、それに対してゾーン１、３、５、すなわち射出ウェーブガイド・ゾーンは正極化される（周りの領域が極化される場合はその領域と同じ方向）。４つの射出ウェーブガイドを使用する場合、９つのゾーンがあり、すべての射出ウェーブガイドゾーンを含め、このうちの６つは逆極化される。したがって、射出ウェーブガイドが電位基板極化とは逆に極化されるのは偶数のスプリッタだけなので、偶数の射出ウェーブガイドを有するスプリッタ実施態様は利点を有し、最後の分割点で拘束が向上し、「オン」状態に関する透過率がより高く、「オフ」状態での逆方向絶縁がより良好であるという利点も有する。各領域の上方に別々の電極が配置される。この装置を操作するには、各ゾーンに独立に電界を印加するが、この場合、極性に関する規則は異なる。極性は、対応するゾーンが所望のウェーブガイド内に含まれているかどうかと、下方の極化領域の極性の２つの因子によって決定される。たとえば、正極化領域に正の極性を印加すると屈折率が増加する場合、下記の選択規則に従う。ゾーンが正極化されている場合、ゾーンが所望のウェーブガイドの内側にある場合には正の電気励起極性が選択され、ゾーンが外側にある場合は負の極性が選択される。ゾーンが逆極化（負）されている場合、ゾーンが所望のウェーブガイドの内側にある場合には負の極性が選択され、ゾーンが外側にある場合は正の極性が選択される。表２に、第４８図に示した３つの射出ポートを含むｎ＝３ケースに関するゾーンの最適な極化方向を示す。１×ｎ個のスイッチおよびｎ×ｎ個のスイッチの設計は、第４６図、第４７図、第４８図の説明から帰納することによって導かれる。本明細書で説明する平面構成要素は、電子光学的に制御される装置とウェーブガイド構成要素とを含む多層三次元構造として積み重ねることができる。平面ウェーブガイドおよびスイッチのスタックまたは三次元構造は、電子光学的に活性の極化可能な薄膜、好ましくはポリマーとバッファ絶縁層を交互に層化しあるいは付着させることによって製造される。バッファ絶縁層は、絶縁性のものでも、あるいは導電性のものでもよい。積み重ね構造の利点には、ウェーブガイド要素がより広い間隔を置いて配置されるのでクロストーク絶縁がより良好になることが含まれる。層間により多くの光パワーを分散することができるので、より高いパワー処理機能も達成される。必要に応じて、個別の層を使用して表示装置内で個別の波長を分散することができる。活性光学ウェーブガイド／切替層を適切な基板上に付着させた後、前述の技法を使用してこの層の極化を行う。ある活性層を隣接する層から絶縁するには低屈折率のバッファ層が必要であり、このようなバッファ層は、平面に垂直な次元で所望の案内を確立するように設計される。たとえば、ＳｉＯ₂のバッファ層を使用することができる。次に、光学的に活性の層から絶縁されるので金属層で製造することができる接地平面を付着させ、その後に薄いバッファ層を付着させる。バッファ層は、電極および接地平面のそれぞれの異なる層間の印加電圧に耐えることもできなければならない。ポリマーでは、大きな面積を極化することができ、ＳｉＯ₂などの透過バッファ層を付与した後でも、前述のＵＶ照射技法によって所望の領域を選択的に非極化してウェーブガイド微細形状を作製することができる。あるいは、極化を電気的に行うこともできる。ポリマーを用いる場合、ＵＶ照射によってある層を非極化しても、下方の金属接地平面による遮蔽のために、その後方の層は影響を受けない。次いで、標準マスキング技法およびコーティング技法によって金属電極および導電経路を形成し、その後に別の絶縁バッファ層および次の活性層を形成することができる。バッファ層は、後に続く活性光学ウェーブガイド／切替層の損失を最小限に抑えるために平面化すべきである。層を付加するこの工程は、所与の装置に必要な回数だけ繰り返すことができる。極化装置スタック用の活動化経路および電極をマスクする製造技法の変形形態は、電子光学層を絶縁層で被覆することである。その後、この絶縁層に対してドーピングまたは注入が行われ、標準リソグラフィック・マスキング技法を使用してこのバッファ層内に導電パターンが形成される。バッファ層に電極を組み込むことによって、積み重ね装置の厚さが最小限に抑えられる。それぞれの異なる電子光学活性材料からなる混成装置を使用して製造上の複雑さを改善することができる。たとえば、ウェーブガイド装置を含む第１の電子光学活性層を、支持基板としても働くＬｉＮｂＯ₃基板内に製造することができる。次に、ニオブ酸リチウム装置用のバッファ層および電極層を付着させる。次いで、次の活性層、たとえば極化可能なポリマーを付着させる前に、導電平面を間に挟む２つの絶縁バッファ層を装置上に被覆する。その後に続く層を前述のように形成し、極化し、パターン化する。バッファ層間の導電平面は、電極として各ポリマー層の領域極化を可能にすると共に、前の層を極化プロセスから遮蔽するように働くことができる。積み重ねウェーブガイド・アレイはたとえば、自由空間ビーム操作用のステアリング装置として使用することができる。密に積み重ねられ光源アレイに位置合わせされた、電気的に活動化され個別にアドレス可能なウェーブガイド要素は、光放射を放出する制御可能なフェイズド・アレイを形成する。ビームの相対位相は、前述のように極化ゾーン上の電圧を変化させることによって調整することができる。線形ランプ内のこのような位相を調整することによって、ウェーブガイド・アレイからの放出光をアレイの平面内である方向に急速に掃引することができる。それゆえ、平面上の装置の直列アレイは平面内においてのみ掃引が可能である。しかし、極化ウェーブガイド・アレイ平面を垂直方向に三次元バルク装置として一体化すると、装置から放出される光線を２つの次元に送ることができる。この概念を拡張したものとして、ウェーブガイド格子リフレクタのスタックを使用するマルチモード・レーザ・バー・アレイのモード制御がある。ウェーブガイド・スタックは、レーザ・ダイオード・アレイに突き合わせ結合されるように次元的に整合される。個別の要素の位相を制御することによって、多要素レーザ・バーの放出モード・パターンを制御することができる。単一モード・ウェーブガイド拘束が必要とされない装置では、たとえばマルチモード・アレイまたはバルク・アレイを積み重ねて、切替極化装置のパワー処理能力を高めることもできる。第４９図は、図を明確にするために単一のウェーブガイド列のみが示されたフェイズド・アレイ・ウェーブガイド・スタック部１６３０の実施形態を示す。光放射１６４０は、極化可能なポリマーなど、電子光学的に活性の薄膜１６５０で製造されたウェーブガイド１６３８を通じてスタック１６３０に進入する。この場合、入射ビーム１６４０は、波長は同じであるがそれぞれの異なる位相を有するビームを表すために千鳥状に示されている。光はウェーブガイド１６３８に沿って伝わり、ウェーブガイド１６３８内で極化領域１６３４に出会う。極化領域１６３４内では、前述の技法を使用して屈折率を電子的に修正することができる。ビーム１６４２は、各光波が、位相が位置合わせされた射出成分ビームを生成するように個別に位相調整された後の、フェイズド・アレイの射出を表す。他の多数の入射波態様および射出波態様が可能である。たとえば、平坦な位相波面を有する単一モード・レーザ・ビームはウェーブガイド要素のある領域を照明することができ、ウェーブガイド要素は次いで、ビームの空間モードを横切って任意の位相遅延を課し、それによってビームを自由空間で電子的に操作できるようにする。この方法を使用する方向性ビーム制御装置は、現行の機械的装置またはＡ−Ｏ装置よりもずっと高速でずっと小型である。本明細書に記載され、あるいは当技術分野で知られている光学電気ピックアップ装置を使用して、積み重ね装置の内部または外部の位相差または複数の周波数成分の存在を検知し、フィードバック・ループに関する瞬間情報を与えることができる。本明細書に表した装置セグメント１６３０は、電極、バッファ層、極化可能材料を下記のように交互に付着させることによって、ＳｉＯ₂などの基板１６３２上に構成される。不透明金属被膜またはインジウム酸化スズなどの透明導電材料で構成された広面積平面電極１６５４を付着させ、その後にＳｉＯ₂などの電気的に絶縁性のバッファ層１６５２を付着させる。このバッファ層は、次の極化可能材料層１６５０に製造されるウェーブガイド１６３８用の下部境界層としても働く。極化構造を活動化するために使用されるパターン化電極１６３６を付着させる前に、極化可能な層１６５０上に他のバッファ層１６５２を付加して上部ウェーブガイド境界を形成する。次いで、他のバッファ層１６５２を付加し、今回はパターン化電極を次の層、すなわち他の広面積平面電極１６５４から電気的に絶縁させる。パターン化電極１６３６は、厚いバッファ層によってのみ一方の平面電極から分離され、バッファ層および極化可能な材料によって他方の平面電極から分離される。極化可能な材料を横切って電界を印加することが望ましいので、極化可能な材料を横切る電気的分離は、バッファ層のみを横切る分離よりも弱くすべきである。広面積電極間の層化シーケンスは、最後の極化可能材料層１６５０まで繰り返され、その後、スタックを完成するのに付加する必要があるのはバッファ層１６５２、パターン化電極１６３６、任意選択の最後の絶縁層１６５２だけである。電気リード線１６４６および１６４８をそれぞれ、当技術分野で知られている一体化技法および結合技法を通じて電極１６３６および１６５４に接触させ、電圧分配制御装置１６４４に接続する。電圧制御装置１６４４は、極化装置を個別に活動化することと、近傍の活性要素層を制御するために使用される電界から各極化装置を絶縁させることの２つの目的を有する。装置１６４４は基本的に、結合されている浮動電源の集合であり、装置１６４４では、ある活性層を間に挟む電極１６３６と電極１６５４との間の電圧を、他の活性層を横切る電圧差を変化させることなしに制御することができる。領域１６３４は、１つまたは複数のドメインを含む極化領域を示し、電極１６３６は、１つまたは複数の絶縁要素を含む連続領域またはセグメント化領域またはパターン化領域を示す。ウェーブガイド・スタック１６３０は、位相制御用の装置として表されているが、ウェーブガイド構造のスタックには、光学的に直列接続され、あるいはその他の方法で構成された、本明細書で説明する極化装置の任意の数の組合せを含めることができる。第５０図は、従来技術の調整可能な減衰器１４００を示す。入射ウェーブガイド１４０２は、基板１４０４の電子光学的に活性の領域を横切る。入射光線１４０６は、入射ウェーブガイドに沿って射出ウェーブガイド１４０８内へ伝搬し、射出光線１４１０を形成する。電極１４１２、１４１４、１４１６は、電極１４１４が２つの電極１４１２および１４１６に対して所与の極性（正または負）で励起されたときに、電子光学効果のために、ウェーブガイドのセグメント１４１８領域内の、電極の下方の位置および電極に隣接する位置で屈折率の変化が誘導されるように、ウェーブガイドの上方に配設される。この電極構成は、ある程度任意のものであり、第５０図で表した従来技術に示した構成とは異なり、かつそのような構成よりも複雑なものでよいが、すべてのパターンが共通に有する共通因子として、一般に、それらのパターンは、ある電圧に励起されたときにコアの屈折率を低減させ、周りの領域の屈折率を増加させる。印加電界がないときには、ウェーブガイド・セグメントの損失は小さく、主としてウェーブガイド壁に沿った粗面上の散乱によって決定される。しかし、電界を印加すると、損失を非常に大きな値に増加させることができる。３電極パターンによって、ウェーブガイドの外側で正の屈折率変化が発生するのと同時にウェーブガイド内部で負の屈折率変化を発生させ、屈折率プロファイルをかなり平坦で幅の広いものにすることができる。電界を印加すると、電極の下方のウェーブガイド１４１８の修正部は、ウェーブガイドの入射部１４０２および射出部１４０８に対してずっと幅の広い最下位モード・プロファイルを有する。その結果、入射ビーム１４１６が部分１４１８に遷移するときにも、部分１４１８内の光が射出ウェーブガイド１４０８に結合されるときにも、モード結合損失が発生する。屈折率変化が十分に大きなものである場合、最下位モードが遮断周波数よりも低くなり、ウェーブガイド１４０２の端部から現れる光がほぼ自由に基板内へ回折し、そのため、ウェーブガイド１４０８の始めで大きな結合損失が生じる。所与のモードがウェーブガイドの修正部１４１８に進入すると、このモードの強度プロファイルと修正部１４１８のモード・プロファイルとの間の重なり合いが、修正セグメントの屈折率プロファイルの変化によって低減される。セグメント１４１８がマルチモードである場合、いくつかの伝搬モードおよび放射モードが励起される。単一モードである場合、多数の放射モードが励起される。次いで、これらのモードの組合せがセグメント１４１８の遠い端部へ伝搬し、射出ウェーブガイド部１４０８に結合され、この場合、光の一部のみがウェーブガイドのモードに結合され射出ビーム１４１０を形成する。電極に印加される電圧を制御することによって、装置１４００の損失を非常に低い値から非常に高い価に調整することができる。得られる最大損失は、屈折率変化の大きさ、励起領域の寸法、励起領域の長さ、入射ウェーブガイドおよび射出ウェーブガイドが単一モードであるか、それともマルチモードであるかに依存する。形状の変形形態では、ウェーブガイド・セグメント１４１８の上方に２つの電極のみを配設し、ウェーブガイド・セグメント内の屈折率を低減させ両側ではなく一方の側の屈折率を増加させることができる。この機能はこの場合も減衰器であるが、排除された放射電界は装置から出て、屈折率が増加された側へ向かう。損失放射を方向付けるこの能力は、排除された光を制御する必要があるある種のシステムで有利である。セグメント１４１８の下流側の一方の側または両側にアブソーバを配置し、排除された光がシステム内の他の場所で他の機能に干渉するのを防止することができる。第５１図は、極化切替減衰器１４２０を示す。この装置は、極化領域を使用して屈折率変化の画定を向上させ、屈折率の不連続性を増大させ、それによって単一の段で得られる減衰の量を増加させるという点で、第５０図の従来技術の装置を改良したものである。領域１４２２および１４２４は、周りの材料とは逆の方向に電子光学的に極化される（代替策として、周りの材料を非極化することも、あるいは周りの材料が電子光学係数を有さないようにすることも、あるいは単に周りの材料を領域１４２２および１４２４とは異なるように極化することもできる）。中央電極１４２６は、極化領域と周りの材料の両方を覆う。中央電極１４２６は、極化領域１４２２、１４２４および周りの材料内で屈折率変化を発生させるように電極１４２８および１４３０に対して励起される。装置１４２０は装置１４００を参考にして、前述した方法と似た方法で作動する。印加電圧によって、ウェーブガイド・セグメント１４１８の屈折率プロファイルが縮小され拡大され、射出ウェーブガイド１４０８のモードと、入射ビーム１４０６によってセグメント１４１８内で励起されるモードとの間の結合が低減される。この構成では、修正ウェーブガイド領域１４１８の始めで屈折率プロファイルの変化が急激に起こり、したがって損失がより大きくなる。極化セグメント１４２２および１４２４の数および形状は、励起されたウェーブガイド・セグメント１４１８とのモード結合が、励起されないセグメントとのモード結合と異なるものであるかぎり変更することができる。この装置は、電気的に励起されない状態で損失が大きくなるように構成し、電気的に励起された状態で損失が小さくなるように調整することができる。この場合、電気的に励起される領域または極化領域、あるいはその両方は、ウェーブガイド・セグメント１４１８の構造の一部を形成する。ウェーブガイド・セグメント１４１８自体は、特に、完全に励起がないときに損失が存在しない場合、多数の異なる方法で構成することができる。その場合、装置は第２９Ａ図の切替ウェーブガイド変調器に類似するものになる。前述のように、これらの装置を縦続接続し、この場合は最大減衰を増加させることができる。第５０図および第５１図の装置は、可変強度局所化（「点」）光源として操作することもできる。ウェーブガイド１４０２内を伝搬する光は、電極構造に電圧が印加されるまでウェーブガイドの経路に従うように拘束される。屈折率を変化させることによってウェーブガイド効果が低減または破壊されると、前に拘束された光線の一部またはすべてが、自由空間回折理論に従って伝搬する。その回折ビームは、引き続き順方向へ伝搬し、同時にビーム領域が２つの次元で拡大し、ウェーブガイド１４０８のコアよりもずっと大きくなる。電極構造から適当な距離で、ビーム領域は基板アパーチャの大部分を満たし、ビューアには電極構造の近くの空間位置から放出する点光源として見える。必要に応じて、この技法を用いて一次元局所化光源を構築することもできる。電極構造に適当な電圧レベルが印加されたときにモードの横拘束が破壊され、それに対して平面ウェーブガイド内の垂直拘束が破壊されないように、当技術分野で知られている技法を使用して製造された平面ウェーブガイド構造に第５０図および第５１図のウェーブガイド・セグメント１４１８を埋め込むことができる。したがって、ビーム領域は１つの次元で拡大し、光を幅の狭い平面に拘束する。第５２図は、角度拡大極化格子を含む極化装置１５００を示す。帯域幅を広げる、図の方法は、第１８図を参照して説明し、かつ本明細書の他の箇所で説明する帯域幅修正手法の代替策である。周期構造１５００は、好ましくは基板１５０４の極化領域へ逆極化される極化領域１５０２と共に示されている。ウェーブガイドや電極や追加格子など他の構造が、必要に応じて組み込まれる。ドメイン１５０２は、５０％デューティ・サイクルで厳密に繰り返されるパターンで入射ビーム１５０８の中心伝搬軸に交差する。極化領域の頂面の側面はすべて、位置合わせ点１５０６から引かれた線に沿って整列する。極化領域は、その表面形状を材料内にある距離だけ再生する。この結果、極化基板の横位置と共に線形に変化する周期性を有する極化構造が得られる。極化領域を横切る入射ビーム１５０８は、自由に伝搬するガウス・ビームでよく（ドメインが深く極化される場合）、あるいはウェーブガイド１５１２内に拘束することもできる。格子の機能に応じて、フィルタされあるいは周波数変換された射出ビーム１５１０に入射ビームを結合することも、あるいは再帰反射されたビーム１５１４に入射ビームを結合することもできる。格子構造（したがって、その帯域幅）の周期性の範囲は、ビームの幅およびビームの軸からの点１５０６の離隔距離に依存する。これらの数量を調整することによって、格子に入る一次周期の数によって決定される最小値に対して極化構造の帯域幅を大幅に増加させることができる。極化境界の望ましい最大角には制限があり、したがって第５２図に示した構造を制限なしに延ばすことはできない。しかし、いくつかのセグメントを縦続接続することによって長い相互作用領域を得ることができる。セグメント間のコヒーレンスを最大にするには、ビームの中心軸に沿ったドメインの周期性を、セグメント間の継手では未修正のままにしておくべきである。セグメント間には少なくとも１つのくさび形ドメインがある。格子の帯域幅を増加させると、相互作用強度が低減するが、小さな周波数ドリフトの影響をほとんど受けない格子を使用する装置が作製される。たとえば、角度拡大格子を使用する周波数二倍装置は、温度ドリフトの耐性がより高い。他の応用例は、使用しなければならない強力な格子のために狭い帯域幅を有する傾向があるチャネル・ドロッピング・フィルタである。角度拡大格子を使用することによって、広げられた通過帯域は、高帯域幅通信信号を受け入れることができる。角度拡大格子は、前述の他の格子構成に適用することもできる。前述の厳密なパターンに従わない角度拡大格子を実施する代替策がある。たとえば、格子周期の角度と伝搬軸に沿った距離との間の関係は、線形よりもずっと複雑であることがある。大多数の相互作用パワーが格子の一端に存在するいくつかの応用例では、２次関数的変形形態または指数関数的変形形態の方が妥当である。内部拡散格子、イオン交換格子、エッチ格子など、従来技術型の格子に角度拡大技法を適用することもできる。湾曲ウェーブガイドを使用する代替角度拡大装置１５２０を第５３図に示す。この場合、極化領域１５２２は平行な面を有し、面の角度は、ガイド内の局部伝搬方向に対して傾斜するに過ぎない。この場合も、帯域幅は、格子のそれぞれの異なるフーリエ成分を受ける光波のそれぞれの異なる成分によって広げられる。湾曲ウェーブガイドは、直線ウェーブガイドよりも大きな損失を有するが、大きな曲率は必要とされない。第５３図に示したいくつかの部分を連結し、たとえば、ほぼ真っ直ぐな線の周りで前後に波動する正弦ウェーブガイド構造を形成することができる。第５４図は、制御可能な極化レンズ１５３０を示す。同心状に構成されたドメイン１５３２、１５３４、１５３６、１５３８は、基板の極性とは逆の極性で電子光学基板１５４０内に極化される。透明電極１５４２および１５４４は、装置の２つの対向表面の、極化領域の上方および下方に付与される。２つの電極間に電界を印加すると、極化領域の屈折率が、極性に応じて増減する。極化領域の形状は、所与の色の光波を合焦させる回折要件によって決定される。境界間の離隔距離は、ほぼ２次関数的に半径と共に変動する。たとえば、応用例において平面波を丸いスポットに合焦させる必要がある場合、極化領域は（両方の平面で等しい合焦を行うために）丸く、極化領域の直径が増加するにつれて量を減少させることによって分離される。極化領域の境界は、レンズ構造の表面での入射波に対する所望の射出波の位相によって決定される。極化領域の境界は、光波の相対位相がπだけ変化するたびに現れる。たとえば、入射波が平面波である場合、その位相は表面に沿って一定である。射出波は、表面から離れたスポットで合焦する収束波である場合、基本的に球面波であり、位相は、球面波が境界を決定するという点で変化する。レンズ１５３０は、印加電圧に応じた調整可能な位相遅延を含む位相プレートであり、ドメインは物体のフレネル帯を占有する。所与の色の平面波を合焦させるには、平面波をπだけ位相遅れ（または進み）させるのに十分な電圧を印加する。それぞれの異なる周波数は、極化レンズ１５３０のフレネル帯構造によって決まる異なる焦点長を有する。周波数が高いほど焦点長が長くなる。分散がない場合、あらゆる波長が同じ電圧で最適に合焦する。電圧は、基板材料１５４０内の分散を補償するように調整することができる。電圧を最適値から離れた値に調整する場合、それぞれの異なるゾーンからの光の位相がもはや最適に付加されないので、スポットに合焦される光の量が減少する。光どうしが部分的に破壊的に干渉し、正味強度を低減させる。第５５図は、レーザ・フィードバック装置１４５０を示す。このレーザ光源は、増幅器領域１４５２と、背部リフレクタ１４５４と、低反射射出領域１４５６、たとえば反射防止被覆窓とからなる。従来型のレーザは第２のハイ・リフレクタを有するが、本発明では、格子フィードバック装置がレーザの振動を制御できるようにハイ・リフレクタが取り除かれる。射出領域１４５６およびカプラ１４５８からの反射は、レーザが外部光源からの追加フィードバックなしには作動しないほど低い。外部フィードバック光源は、光学結合システム１４５８と、電界によって励起される光学増幅器からビームを反射させる極化材料１４６０とからなる。極化材料１４６０の反射スペクトルは周波数空間の幅が非常に狭いので、格子周期の分布に応じて格子を構成する単一または複数の周波数の周りの、レーザが動作できる幅の狭い領域を選択することができる。共振器の空洞が、ＦＳＲが反射スペクトルの幅と同程度になるほど低い場合、この組合せ装置は、単一の長手方向モード上で振動する。光学増幅器と材料１４６０との間で光エネルギーを結合する手段１４５８は、レーザの射出モードを収集し極化材料に再合焦させる。カプラ１４５８は、ＧＲＩＮ（グレーデッド・インデックス）レンズや、非球面レンズや、回折レンズや、多要素球面レンズなどの高開口数レンズ、テーパ付きウェーブガイド、ウェーブガイドどうしを突き合わせ結合する場合の近接アジャスタおよびアライナのうちの１つまたは複数を含め、多数の代替実施態様からなる。カプラ１４６０の表面には反射防止コーティングを施すことが好ましい。ＡＲコーティングは、多層誘電コーティングでも、あるいはゾル・ゲル・コーティングでも、あるいは適当な屈折率を有する材料の４分の１波層（隣接する２つの媒体の相乗平均）でもよい。材料をバルク極化する場合、材料１４６０内の最適焦点は、極化領域の長さにほぼ等しいレイリー範囲を有する。材料が、伝搬ビームを拘束するウェーブガイドを有する場合、光学結合システムは、ウェーブガイドの入口でレーザ・モードを、位相波面角、曲率半径、横次元に関してウェーブガイドの所望のモードに整合するモード・プロファイルに最適に変換すべきである。極化構造は、好ましくは逆に極化された少なくとも２種類のドメイン１４６１および１４６３からなる。極化材料は、極化領域を横切って延び、電源１４６６によって電気的に励起することができる電極１４６２および１４６４を有する。電極に電圧を印加すると、材料内の誘導電界によって、極化方向および電界強度に応じて空間的に変動する屈折率変化が発生する。極化において周期構造を誘導することによって、屈折率の電気的に制御可能な周期変調を誘導することができる。増幅器１４５２は、中心光軸によって特徴付けられた拡張領域にわたって光学利得係数を生成するのに必要な取り付け構造および励起構造を備える。増幅器の光帯域幅は、利得を生じさせるプロセスに応じて制限される。帯域幅は、利得プロファイル、すなわち光周波数の関数としての利得の依存性の幅（通常、３ｄＢ全幅）である。半導体ダイオード技法（ＩｎＧａＡｓ、ＡＩＧａＡｓ、ＡＩＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＩｎＳｂなど）は、大きな帯域幅を与えるうえで有利である。ただし、この場合、ハイパワーを供給することはできない。光学リフレクタ１４５４は、フィードバック・ミラーであり、増幅器の背面から伝搬するモードを増幅器自体に反射するように半径がモードの位相波面に位置合わせされ整合されたバルク・ミラーであってよい。あるいは、ウェーブガイド増幅器（Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＬｉＮｂＯ₃、Ｅｒ：ＬｉＮｂＯ₃、希土イオンと結晶宿主またはガラス質宿主の様々な組合せ）の場合、光学リフレクタ１４５４は、ウェーブガイドに垂直にクリーブまたは研磨された増幅器の面でよい。共振器の形状がリング形であり、光の単方向性伝搬が可能である場合、光学リフレクタは、増幅器を通過しない、材料１４６０から反射された光を収集し、前のパスの場合と同様なモード特性を用いて、この光を位置合わせし増幅器を通じて材料１４６０に再合焦させるために、少なくとも２つの要素で構成された多要素構造である。ビームと周期的極化材料１４６０とのいくつかの相互作用が可能である。増幅器１４５２の利得プロファイル内で光を再帰反射させるのに必要な周期の倍数を周期性として選択する場合、この装置は、（上位）電界制御式フィードバック・ミラーとして機能する。電圧１４６６をオンに切り替えたときにレーザをオンにし、それによって格子の帯域幅内で再帰反射を生成することができる。次いで、レーザの振動が電界の強度に比例するので、その電圧を変調することによってレーザ出力を振幅変調することができる。変調制御手段１４６６は、所望の電界を材料１４６０内に時間の関数として確立するのに必要な電圧および電流を与える。レーザは、材料１４６０とレーザ・リフレクタ１４５４との間の光の往復周波数の倍数に等しい周波数で変調制御手段１４６６を操作することによってモードロックすることもできる。極化構造１４５０の反射率は同じ周波数で変調されるので、２つのフィードバック・モニタ１４５０と１４５４との間で共振する光線は、もちろん往復周波数で動く１つのパルス（または複数）に分割される傾向を有する。周波数が往復周波数の倍数（１×，２×，３×，．．．）である場合、パルスがリフレクタ１４５０に接近するたびに反射率が高くなる。倍数が大きくなるにつれて、反射率が高いままである時間が短くなり、したがってより短いパルスが生成されるが、往復光通過時間内の他の高反射時間に形成される傾向がある追加パルスを抑制する何らかの手段が必要である。追加パルスは、やはり往復周波数の信号の成分をリフレクタ１４５０に印加し、あるいはやはり増幅器１４５２を変調することにより、あるいは従来型の追加構成要素を含む他の手段によって抑制することができる。光射出はビーム１４６８または１４６９として抽出することができる。周期リフレクタは特定の周波数でしか動作しないので、レーザは、フィードバック装置１４５０を使用することによって周波数安定化される。極化構造の帯域幅の外側の入射周波数は反射されない。簡単な構造では、帯域幅は、その周波数成分を含む極化領域の長さに入る一次格子周期の数の逆数によって決定される。複数の周期を有するより複雑な構造では、帯域幅は、入射ビーム伝搬方向および反射ビーム伝搬方向の二等分線角に沿った極化構造のフーリエ変換によって決定される。フィードバックは限られた周波数範囲にしか存在しないので、装置１４５０の射出周波数は、極化構造が簡単なミラーで置き換えられた自走レーザ発振器の射出周波数よりもずっと狭いものにすることができる。反射の帯域幅が、リフレクタ１４５４と極化構造とで形成された拡張空洞の長手方向モードの離隔距離に匹敵するものである場合、装置は単一周波数モードで動作する。安定化特性は、利得が非常に高く広帯域である半導体ダイオードの場合に特に有用である。ダイオード・レーザを用いる場合、射出領域１４５６からの反射など、望ましくないすべての内部反射を非常に低い値（１０^-3よりも低い値など）に維持することが好ましい。電極１４６２および１４６４は、応用例に好ましい電界貫通・駆動電圧に応じて、基板の同じ面上に配置することも、あるいはそれぞれの対向面上に配置することもできる。レーザと切替リフレクタとを含む共振器は、第５５図に示した線形共振器ではなくリング形共振器でもよい。当技術分野で知られているようにリング形共振器を形成するには追加光学要素が必要であり、極化材料１４６０からの反射は、垂直入射時には発生しない。格子の周期性および角度は常に、相互作用に仮想光子を付加した場合に入力光子と出力光子との間で運動量が保存されるように調整しなければならない。この制約によって、極化格子の角度および周期が決定される。第５６図は、ウェーブガイドを含むレーザ・フィードバック装置１４７０を示す。ウェーブガイド１４７２を極化材料１４６０に組み込み、光線を長距離にわたって拘束することができる。これは、顕著な反射を生成するために相互作用長を必要とする装置や、すべての光がウェーブガイド内で経路指定される一体型装置で特に有用である。構造を頑丈にし動作を効率的にするには、第５６図に示したように、半導体ダイオード・レーザやダイオード・ポンプ半導体レーザなどのウェーブガイド・レーザ１４７４をウェーブガイドに突き合わせ結合することができる。突き合わせ結合において、光学結合システム１４５８は、表面１４７５および１４７７上のＡＲコーティングと、位置合わせを維持するのに必要な位置合わせ構造および取り付け構造である。光学増幅器１４７４のウェーブガイドと極化基板１４６０のウェーブガイドは、光学増幅器から基板の方へ放射された光電界位相波面が最適な範囲で、ウェーブガイド１４７２内を伝搬するモードの位相波面と同じ角度、半径、横次元を有するように位置合わせされる。２つのウェーブガイドの離隔距離は、レイリー範囲内であるべきであり、ウェーブガイドの同軸位置合わせからの偏差は、横モード寸法の一部よりも小さくすべきである。ウェーブガイド１４７２と増幅器１４７６内のガイドのどちらかを、この重なり合いを最適化するようにテーパ付けすることができる。ウェーブガイド装置では、極化領域１４７８および１４８０が基板１４６０全体にわたって延びる必要はない。電極１４８２、１４８４、１４８６は、ウェーブガイド１４７２が横切る極化領域の上方に配設される。電極１４８４を電極１４８２および１４８６に対して励起すると、基本的に極化基板の構造によって決定される構造を有するウェーブガイド内に、ある屈折率パターンが生成される。この屈折率パターンは、第５５図を参照して説明したようにリフレクタとして働くことも、あるいは前述のように他のウェーブガイドとのカプラとして働くことも、あるいはその両方として働くこともできる。スルー・ポート１４８８と増幅器１４８９の対向端部のどちらかで装置から光射出を抽出することができる。基板材料がニオブ酸リチウムや、タンタル酸リチウムや、ＫＴＰなどの非線形光学材料である場合、基板１４６０に周波数二倍器を組み込むことができる。準位相整合二倍器は、フィードバック格子構造の一部とし組み込むことも、あるいはその前に組み込むことも、あるいはその後に組み込むこともできる。格子構造が複数の反射周波数を組み込んでいる場合、光学増幅器１４５２または１４７４を利得帯域幅内の１つまたは複数の周波数で振動するように誘導することができる。この場合、非線形周波数変換器は二倍器ではなく和周波数ミキサでよく、あるいはいくつかのそのような装置を縦続接続して、複数の周波数出力からなる複数の周波数組合せを形成することもできる。上記で極化構造、その励起、その使用モードに関して説明した変形形態は、外部光学増幅器と組み合わせて適用することもできる。特に、第５５図および第５６図の構造をそれぞれ、第１４図および第１５図の同調可能な格子と組み合わせることによって、周波数同調可能なレーザを実現することができる。前述のように、同調は、平均屈折率が印加電界と共に変化するように極化格子構造を構成することによって行われる。光学増幅器１４５２または１４７４の動作周波数は、極化構造１４６０からのフィードバックの周波数によって決定される。したがって、極化構造の平均屈折率のチャーピングまたは変調、あるいはその両方を行うことによって、射出周波数のチャーピングまたは変調、あるいはその両方を行うことができる。平均屈折率を変化させることによって、格子から与えられる仮想光子の運動量ベクトルを変化させずに光子の運動量ベクトルが変化する。平均屈折率が変化した後、古い反射周波数はもはや反射に関して最適に位相整合されておらず、ピーク反射率が新しい周波数へ移動している。第５５図および第５６図を参照して説明した構成を使用すると共に、第１４図および第１５図を参照して説明したように平均屈折率を変化させることによって、周波数変調（ＦＭ）レーザを構築することができる。変調とは、本出願では、高デューティ・サイクルまたは低デューティ・サイクルを用いてパルスする場合のように、何らかのパラメータ、このケースでは時間の関数として変化させること、あるいは正弦的に変化させること、あるいは任意の時間依存性を用いて変化させることを意味する。電圧を制御し、電界における所望の時間的変化を付与するために必要な電流を供給する制御システムを供給することができる。通常、半導体レーザの最適なフィードバックに必要な格子の反射率は１０％未満である。残りの光は射出用に使用することができる。レーザは、格子チップ上のウェーブガイド内での光線の拘束、格子内の分散、利得要素内のＴＭ偏光およびＴＥ偏光の相対利得に応じて、この２種類の偏光のどちらかで動作させることができる。格子の強度は制御可能なので、反射率は、レーザの射出結合を最適化し射出パワーを最大にするように調整することができる。同様に、格子を使用してパッシーブまたはビルドアップ空洞のリフレクタを形成することもできる。レーザ・ビームの空洞への結合は、空洞損失に対する入射カプラの相対反射率に依存するので、可変反射率入射カプラは、このパラメータを最適化する手段を与え、したがって共振器をインピーダンス整合する。空洞では、半導体レーザなどレーザ・パワーＣＷ源のチャーピングをほとんどあるいはまったく行わずに、単一パルス切替、またはモード・ロッキング、または空洞ダンピングに本発明を使用することもできる。また、同調電位によって、レーザを通信、分光、リモート・センシング用の光源として使用することができる。第５７図は、スイッチ・アレイによって制御される選択可能な波長レーザ１４９０を示す。このレーザは、基板１４６１内のウェーブガイド１４７２に突き合わせ結合されたウェーブガイド１４７６を含むダイオード・レーザ１４７４であることが好ましい。光学増幅器１４７４がそれ自体の面の反射で作動しないように表面１４７５および１４７７にはＡＲコーティングを施すことが好ましい。基板は、第３０図ないし第３２図および第３４図ないし第３５図のＴＩＲスイッチや、第７図ないし第８図および第１２図ないし第１３図の格子スイッチ構造や、第１０図および第２６図ないし第２８図のカプラや、第２３図、第２５図、第３３図、第４６図ないし第４８図のスプリッタや、現在知られており、あるいはまだ発見されていない他の光学ウェーブガイド・スイッチ構造を含め、様々な方法で実施できるスイッチ１４９２を支持できる任意の基板でよい。ＴＩＲスイッチ１４９２については上記で十分に説明したので、この図ではＴＩＲスイッチの存在を概略的にのみ示す。オン位置では、このようなスイッチは、光エネルギーを増幅器から、スイッチに関連付けられた一方のウェーブガイド１４９４に沿って再経路指定する。レトロリフレクタ・アレイ１４９６は、この場合は格子として示されたウェーブガイドに配設される。格子は、入射光を特定の周波数で反射させ、レーザは、格子の帯域幅内で作動する。格子要素は、図では、格子の周期が、レーザから遠くなるにつれて次第に短くなるように、ある程度離れた点１４９８の方を向いている。したがって、格子の反射スペクトルはほぼ同じであるが、より短い波長へシフトされる。所望の格子周期に関連付けられたスイッチ１４９２を選択することによって、レーザの所望の動作周波数を選択することができる。光周波数は形状によって決定され、一定のスイッチ離隔距離を用いて直線的に離隔された光波長を得ることができる。必要に応じて、構成の充填密度機能内の任意の波長間隔を選択することができる。ＴＩＲスイッチの挿入損失が低く、かつ充填密度が高いので、ウェーブガイド１４７２に沿って多数のスイッチを配設することができる。傾斜射出ウェーブガイドも非常に密に充填される。射出ビームは、光学増幅器１４７４の背面からビーム１４８９として抽出することも、あるいはＴＩＲスイッチがウェーブガイド１４７２に沿ってレーザ光の一部を漏らすため、ウェーブガイド１４７２からビーム１４８８として抽出することもできる。第５６図を参照して説明したような多数の代替構成もこの構成に関連するものである。たとえば、リフレクタ・アレイ１４９６は、多数の技法によって製造された永久格子、または切替格子で構成することができる。格子への光路長を変化させることによってレーザ空洞の異なるＦＳＲが選択される一様な格子構造でリフレクタ・アレイを構成し、非常に狭い間隔を置いて配置されたスペクトル・ピークの選択可能なアレイで単一モード動作を行わせることができる。リフレクタ・アレイは場合によっては、高反射または可変波長反射を得るために被覆することができるウェーブガイド１４９４に沿った永久ミラー・アレイで構成することができる。この場合も、ミラーの離隔距離を変化させることによって、レーザ空洞経路長を大きな範囲にわたって切替可能に調整することができる。第５７図の構造のサブセットは、調整可能な光エネルギー・リディレクタ１４９２を使用する変調器と、１つのウェーブガイド１４９４内の１つのフィードバック・リフレクタ１４９６である。たとえば、リディレクタ１４９２の後に続いて幅が零になるようにテーパ付けすることなどによって、ウェーブガイド１４７２を反射しないように構成する場合、レーザはこの場合も、リフレクタ１４９６から与えられるフィードバックによって作動する。リディレクタ１４９２の励起によってフィードバックされる光エネルギーの量を調整することによって、レーザ出力特性を制御することができる。レーザ・パワーはこのように変調することができ、その場合、リフレクタ１４９６は、固定格子でも、あるいは場合によっては広帯域固定ミラーでもよい。格子リフレクタを用いる場合、レーザ・パワーを周波数シフトなしに深く変調することができ、ほぼ純粋な振幅変調が行われるという点で、固定周波数の利点がある。リディレクタ１４９２を空洞往復時間の整数倍数で変調する場合、この装置はモード・ロッカであり、パルス出力を生成する。往復時間とは、空洞内の最初の位置および方向へ戻るために、同軸的に位置合わせされたパルスによって使用される時間である。それぞれの異なるスイッチを使用することによって、パルス離隔距離を変化させるように空洞長を変化させることができる。２つの異なるスイッチを同時に使用することによって、往復時間の上位倍数でモード・ロッキング周波数と共に成長する傾向がある中間パルスを除外することもできる。周波数変調は、リフレクタの中心周波数を変調することによって行うことができる。この場合、リフレクタ１４９６は、第１４図ないし第２２図で説明したような同調可能な格子として実施することが好ましい。第５８図は、波長同調調整可能合焦システム１５５０を示す。第５４図のゾーン・プレート・レンズ（または不透明ゾーン・プレートやエッチング・ゾーン・プレートなどの固定回折レンズ）などの回折合焦要素１５５２と同調可能な光源１５５４を組み合わせることによって、データ記憶分野で重要な新しい機能が与えられる。ゾーン・プレートを調整可能な周波数光源を組み合わせると、焦点までの距離は、光源を同調させることによって調整される。この機能は、データ記憶媒体１５５８までの様々な距離の位置に積み重ねられたデータ平面１５５６との間でデータが読み書きされる多層データ記憶装置に有用である。（上記で様々な手段によって説明したように）光源の波長を同調させる場合、ゾーン・プレートから焦点までの距離はそれに対応して調整される。波長の変更によるこの焦点の変更により、アナログ波長の変更によって、ゆがんだディスクの光学データ記憶表面を瞬間的に追跡することができると共に、光波長の離散的変更によって、様々な積み重ね平面１５５６へのランダム・アクセスを用いて所望のデータ表面を選択することができる。多平面データ記憶システムを駆動する、選択された周波数調整可能なレーザは、前述のような電子的に同調可能な格子１５６２からのフィードバックに基づく同調を用いる半導体ダイオード・レーザ１５６０に基づくレーザ・システムである。レーザは、準位相整合部１５６４内で２倍にされた周波数であってもよく、その場合、二倍器の受け入れを、光源レーザの有意の同調を受け入れられるほど広いものにする好ましい方法は、角度拡大極化格子を使用することである。レンズ・システム１５６６は、レーザ射出を、コリメートしゾーン・プレート・レンズ１５５２内の最後の焦点に備えて丸くする。ゾーン・プレートが発散ビームを再合焦させることができるので、レンズ・システム１５６６は必要ではない。しかし、ゾーン・プレートを通じて丸いビームを得ることが望ましい。というのは、これによって最も小さなスポット寸法が生成され、したがって最高密度のデータ読み書き機能が得られるからである。装置１５６２、１５６４、１５６６は、必要に応じて同じ基板上のウェーブガイド内で実施することができ、前述の面外リフレクタのうちの１つと組み合わせて、基板の背面上でゾーン・プレート・レンズと一体化し、データ記憶システムを高速に作動させることができる小型で軽量の装置を得ることができる。特定の実施形態に関連して本発明を説明した。当業者には他の実施形態が明らかになろう。したがって、本発明は、本発明の説明の一部を形成する請求の範囲で指摘する場合を除いて、制限されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ブリンクマン，マイケル・ジェイアメリカ合衆国・94061・カリフォルニア州・レッドウッドシティ・メリーランドストリート・1902 (72)発明者ビシェル，ウイリアム・ケイアメリカ合衆国・94025・カリフォルニア州・メンロパーク・オリーブストリート・740

Claims

【特許請求の範囲】１．光エネルギーを通過させる固体材料と、少なくとも、前記固体材料に対向し前記固体材料内の電気的に制御可能な格子の少なくとも２つの要素をブリッジする第１の電極を形成する第１の導電材料と、前記固体材料を横切る光軸に沿って配設され、前記少なくとも２つの要素が、前記光軸を横切って配設された、光学増幅器と、前記光軸に沿って前記固体材料と前記光学増幅器との間に配設された光結合手段とを備えるレーザ。２．さらに、前記光軸に沿って配設された光学リフレクタを含み、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設されることを特徴とする請求項１に記載の装置。３．さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタと、前記光学増幅器が半導体ダイオードである、前記固体誘電材料内の前記光軸に沿ったウェーブガイド手段とを含み、前記光結合手段が、前記半導体ダイオードと前記ウェーブガイドとの間に配設された突き合わせ結合・反射防止手段を有し、前記少なくとも２つの要素が、レーザ振動を発生させることができるフィードバック・ミラーを形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。４．さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタと、前記電界生成手段を変調する変調コントローラとを含み、前記光結合手段が、反射防止型のものであり、前記電界のないときにレーザの振動を抑制し、前記格子が、前記電界の強度に比例してレーザ振動を発生させる電界制御式フィードバック・ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。５．光信号を振幅変調し、前記格子が、前記第１のタイプの前記要素と、前記第１のタイプの前記要素とは逆のセンスを有する分極構造である第２のタイプの前記要素を交互に備え、第１のタイプの要素を横切る平均光距離が、前記光軸に沿って第２のタイプの要素を横切る平均光距離にほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の装置。６．光信号を周波数変調し、前記格子が、前記第１のタイプの前記要素と、前記第１のタイプの前記要素とは逆のセンスを有する分極構造である第２のタイプの前記要素を交互に備え、第１のタイプの要素を横切る平均光距離が、前記光軸に沿って第２のタイプの要素を横切る平均光距離とは異なることを特徴とする請求項４に記載の装置。７．光エネルギーをモード・ロックし、さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタと、前記格子と前記光学リフレクタとの間の往復光通過時間の逆数である周波数の倍数である周波数で動作するモード・ロッカとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。８．前記少なくとも２つの要素が、複数の電子光学係数を有する複数のタイプのドメインで形成され、装置が、さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタを含み、前記光結合手段が、反射防止型のものであり、前記少なくとも２つの要素からの光フィードバックのないときにレーザの振動を抑制し、各ドメイン・タイプごとの、前記電子光学係数と前記光軸に沿ったドメイン・タイプを横切る平均距離との積の、すべてのドメイン・タイプの和が零とは異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。９．光エネルギーを非線形に変換し、さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタを含み、前記固体誘電材料が、前記光軸を横切るそれぞれの異なるドメインのパターンを含み、少なくとも第１のタイプの前記ドメインが、光学的に非線形の構造であり、第２のタイプの前記ドメインと交互に現れる複数の構成要素を形成し、前記パターンが、少なくとも２つの異なる周波数の３つの光波間で相互作用するように位相整合され、前記３つの光波の周波数の値の組合せがほぼ零であり、少なくとも１つの出射ビームを生成することを特徴とする請求項１に記載の装置。１０．前記要素および前記構成要素が共に、反射光学特性と非線形光学特性の両方を有する組合せ構造を形成することを特徴とする請求項９に記載の装置。１１．前記光学的に非線形の構造が、周波数２倍器であることを特徴とする請求項９に記載の装置。１２．前記光学的に非線形の構造が、周波数ミキサであることを特徴とする請求項９に記載の装置。１３．前記光学的に非線形の構造が、光学パラメトリック発振器周波数２倍器であることを特徴とする請求項９に記載の装置。１４．前記格子が、少なくとも２つの異なる周期で離隔された、前記第１のタイプの前記要素と第２のタイプの前記要素を交互に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。１５．さらに、前記光軸に沿って配設され、前記光学増幅器が、前記光学リフレクタと前記固体誘電材料との間に配設された、光学リフレクタと、電界を誘導するために前記活性領域自体に隣接する電極を有する、前記光軸を横切る前記固体材料内の少なくとも１つの電子光学的に活性の領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。１６．前記活性領域が、光合焦装置を画定することを特徴とする請求項１５に記載の装置。１７．前記活性領域が、前記光軸に対して斜めの反射界面を有し、光エネルギーを発散させる反射格子を形成することを特徴とする請求項１５に記載の装置。１８．前記活性領域が、前記光路に沿った可変拡散電子制御式ウェーブガイド・セグメントであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。１９．光エネルギーを通過させる固体材料と、前記固体材料内の入射ウェーブガイドと、光軸に沿って配設されたベース・リフレクタと、前記入射ウェーブガイドに沿った交差領域で前記入射ウェーブガイドに出会う複数の出射ウェーブガイドと、それぞれ、前記固体材料に対向し前記固体材料内の少なくとも１つの電気的に活性の要素をブリッジする第１の電極を形成する第１の導電材料を備える、前記入射ウェーブガイドに沿って前記交差領域に配設された複数の電気的に切替可能なビーム・リディレクタと、電気的に選択可能なレトロリフレクタを画定し、さらに前記ベース・リフレクタと前記格子との間に空洞を画定する、前記出射ウェーブガイドに沿って配設された複数の格子と、前記固体材料を横切る光軸に沿って配設された光学増幅器と、前記光軸に沿って前記固体材料と前記光学増幅器との間に配設された光結合手段とを備えることを特徴とするレーザ。２０．前記光学的に切替可能なビーム・リディレクタが、全内部反射器であることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ。２１．前記光学的に切替可能なビーム・リディレクタが、切替可能なミラーであることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ。２２．前記格子が、選択可能な周波数動作をサポートするためにいくつかの異なる周期を有することを特徴とする請求項１９に記載のレーザ。