通常，光学开关是具有可以引入电磁辐射的至少一个输入端口和 可以在其间切换该辐射的至少两个输出端口的设备。该开关具有控制 装置以便触发两个端口之间的辐射切换。
专利US4,012,113参考已知技术，描述由包括通过在其上形成两 个钛波导的铌酸锂衬底产生的两个波导的定向耦合器组成的光学开关 (在那个文献中见图1)。波导显示出平行部分以便允许从一个波导 到另一个的渐消失模的耦合。在两个光波导的一个中传播的光能传送 到在适当的耦合距离后的第二波导。此外，该设备还具有被施加触发 电压的两个电极。触发电压生成电场，通过光电效应，该电场在两个 波导的传播常数之间引起相位差，例如抵消存在于波导之间的定向耦 合。抵消定向耦合导致在光学开关的交叉状态和直通或禁止状态(bar state)之间发生切换。在该专利中，规定铌酸锂的光轴，轴C平行于 由电极产生的电场的主分量。
专利US4,157,860描述了由铌酸锂和通过具有能施加触发信号 的电极的定向耦合器产生的调制器/开关。根据该专利，对诸如调制器 和开关的应用，主要兴趣点是对应于折射率nTM和nTE的变化的波数 量的变化。具有沿晶体的光轴的一个分量Ez和沿晶体的y轴的一个分 量Ey的垂直电场被施加到所使用的定向存储器的波导。分量Ez使得 折射率椭球的尺寸增加而分量Ey使得该椭球旋转。这两个效应使得与 TM偏振有关的折射率nTM改变。由于分量Ey的折射率椭球的旋转抵 消了与TE偏振有关的折射率nTE的不期望变化。通过适当选择分量 Ey和分量Ez之间的比率，可以在不影响TE模式的情况下，对TM模 式起作用。在该文献中，考虑到所提出的调制器/开关与偏振无关。
此外，已知偏振转换器设备，由具有第一种偏振的输入电磁辐射 启动，在输出处产生具有不同偏振类型的电磁辐射。
关于这一点，专利US4,384,760描述了由在其中产生光程的铌酸 锂衬底构成的偏振变换器(polarization transformer)。沿该光程产 生改变入射辐射的正交偏振分量之间的相对相位的第一移相器、改变 偏振分量的相对振幅的模式转换器以及改变从模式转换器输出的偏振 分量的相对相位的第二移相器。模式转换器包括一组电极，如果被供 给适当电压，使TE(横电)模式转换成TM(横磁)模式以及反之亦 然，使沿TE方向的偏振分量转换成沿TM方向的偏振分量。该转换 基于光电效应，涉及铌酸锂的光电张量的非对角线系数(off-diagonal coefficient)(r51)。
申请人注意到通过将定向耦合器与适合于在定向耦合器的至少 一个波导内引起偏振转换的光电效应相组合，可以产生例如能用作开 关或调制器的光电设备。特别地，用在本发明的光电设备中的定向耦 合器包括具有由光电材料制造的部分的至少一个波导。
此外，申请人已经观察到这种类型的光电设备允许通过施加不是 非常高而是适合于在诸如与光通信系统有关的特定应用中使用该设备 的值的控制电压，来切换/调制进入耦合器的波导之一的辐射。
指出通常，偏振转换显著地受发生转换的波导的双折射(即受与 偏振的两个正交模式有关的折射率之间的差值)的影响。
关于这一点，申请人已经发现，能生成不严重地依赖于产生偏振 转换的波导的双折射，由此显示出令人满意的制造容差，特别是有关 波导的尺寸和所使用的材料的折射率的本设备。

本发明的主题是如附加权利要求1限定的光电设备。本设备的具 体实施例由权利要求2至30来限定。
本发明的主题也是如权利要求31所限定的，用于控制电磁辐射 的功率的方法。根据本发明的方法的优选实施例由权利要求32至35 来限定。
附图说明
本发明的其他特征和优点从参考附图，完全通过非限制例子提供 的优选实施例的下述详细描述将变得更清楚，其中：
图1表示从根据本发明的设备的实施例的上面的示意图；
图2表示通过图1中的设备的剖面的示意图；
图3至5表示代表根据本发明的设备的输出功率曲线的图；
图6至11用剖面表示根据本发明的设备的另外实施例；
图12表示代表根据本发明的设备的特定实施例的输出功率曲线 的图；
图13表示代表根据为使用偏压而提供的本发明的实施例产生的 设备的输出功率曲线的图；
图14用剖面表示包括偏压电极(bias electrode)的本设备的实 施例的示意图。

图1和图2分别示意性地表示根据本发明的光电设备10的实施 例的从上面的视图和剖面视图。
该光电设备10包括定向耦合器11，由第一波导1和第二波导2 组成。为该第一波导1和第二波导2至少并排安排各自的耦合部，具 有适合于允许将进入两个波导中的一个的辐射的至少一部分耦合到另 一波导的长度LC。例如，两个波导1和2是平行的，即，它们具有传 播的并行轴用于耦合部Lc并在末端处发散。第一波导1具有第一输入 IN1和第一输出OUT1以及第二波导2具有第二输入IN2和第二输出 OUT2，用于电磁辐射。
有利地，使用在集成光学领域中公知的技术来生产第一波导1和 第二波导2。特别地，第一波导1和/或第二波导2截面为矩形以及例 如是“脊”型波导。
此外，如图2更清楚所示，第一波导1和第二波导2分别包括第 一脊4和第二脊5，两者均位于引导层(guiding layer)3上。整个引 导层3或位于第一和第二脊4和5下的其仅至少一部分显示出具有适 合于在波导1和2中传播电磁辐射的值的折射率。光电设备10包括下 覆层7，在其上排列引导层3的下表面3’，以及排列在引导层3的上 表面3”上的上覆层8。例如，使用二氧化硅(SiO2)或通过具有低于 位于第一和第二脊4和5下的引导层3的区域的折射率的折射率的另 一材料，诸如例如氧化镁(MgO)或SOI(硅绝缘体)，生成上覆层 8和下覆层7。也可以不存在上覆层以及通过环绕波导的大气，提供用 于在波导中传播所需的折射率级(index step)。
根据上述例子，两个波导1和2的每一个是单模式波导，即，仅 支持具有包括在预定间隔内的波长的光学辐射的基本模式。
与该基本模式有关的是TE(或横电模式)线性偏振和与前者垂 直的TM(或横磁模式)线性偏振。
考虑遵循将用来表示与第一波导1中的基本模式有关的表达TE (TM)偏振的“TE1模式”或“TE1偏振”(“TM1模式”或“TM1偏 振”)。类似地，表达“TE2模式”或“TE2偏振”(“TM2模式”或“TM2 偏振”)将用来表示与第二波导2中的基本模式有关的TE(TM)偏 振。
在图2中，各个箭头表示用于TE1和TM1模式和用于TE2或 TM2模式的偏振方向(即电场的振动方向)。
定向耦合器11是例如将引入第一波导1的第一输入IN1的电磁 辐射的至少一部分(更具体地，基本上100％)耦合，即传送到第二 波导2。
根据该例子，定向耦合器11是例如将在第一波导1中传播的TE1 模式耦合到第二波导2，引起TE2模式。与TE1模式有关的功率和与 耦合到第二波导2的TE2模式有关的功率之间的比率与这两个波导之 间的TE模式的耦合系数Kcoup，TE有关。
此外，定向耦合器11是例如显示出不小于与TM模式有关的耦 合系数Kcoup，TM的从第一波导1至第二波导2的TE模式的耦合系数：
kcoup，TE≥kcoup，TM(i)
换句话说，使定向耦合器11形成所需尺寸，使得TE模式，传 送到第二波导2的功率和引入第一波导1的功率之间的比率不小于相 对于TM模式的同一比率。根据具体例子，耦合器11为用于TM模 式的耦合基本上为零：
kcoup，TM＝0(ii)
例如，可以考虑当具有耦合到第二波导2的TM偏振的功率和存 在于第一波导1的TM偏振的功率之间的百分率沿耦合部LC不超过 1％时，满足关系(ii)。
本领域的技术人员能容易地确定波导1和2的特性参数(例如长 度、宽度、高度、两个集成波导之间的距离d、折射率)以便根据所 述，获得电磁辐射耦合条件。
光电设备10具有用于生成控制电场的结构，在下文中将变得 更清楚，允许调整定向耦合器11的特性。
例如，该生成结构包括控制电压Vcr的发生器G、正电极12和负 电极13(或地电极)。根据图1和2中的例子，正电极12和负电极 13与定向耦合器11集成并延伸与第一和第二波导1和2的传播轴平 行的耦合部长度LC。
正负电极12和13连同两个波导1和2的并排部形成电子设备10 的有效区100。
如能从图2更清楚地看出，正电极12位于上覆层8之上以便面 向在第一波导1和第二波导2之间组成的引导层3的区域。负电极13 排列到第一波导1侧并处于排列第二波导2的端的相对端。正负电极 12和13可以由例如金制成。
发生器G例如生成电压Vcr，因此，生成控制电场具有根据 为光电设备10选择的特定应用的时间函数的曲线。在该设备10是调 幅器的情况下，发生器G可以在射频操作，以及控制电压Vcr可以具 有例如在100MHz和100GHz之间的频率fcr。
在设备10是开关的情况下，发生器G可以产生固定电压Vcr， 当发生切换时，其值改变。
根据该第一实施例，两个电极12和13生成基本上仅在对应于第 一波导1的引导层3内的控制电场而在第二波导2内，电场是 可忽略的大小。
有利地，使用光电材料来生产第一波导1和第二波导2的至少一 个。例如，光电材料仅用于第一波导1。
特别地，生产波导1的光电材料是例如在控制电场的作用下， 允许在第一波导内传播的电磁辐射的偏振转换。特别地，能获得的转 换是将TE1模式(与沿图2中的方向TE1引导的偏振有关)耦合到 TM1模式(与沿图2中的方向TM1引导的偏振有关)。
制成第一波导1(特别是引导层3和第一脊4)的光电材料是例 如各向异性型的结晶材料。
根据本发明的示例实施例，该材料也是单轴的，即它显示出单光 轴c(也称为晶轴)。光轴c是在晶体中传播的电磁辐射的偏振方向 受到非常折射率ne的影响。
最好，用来生产第一波导1的光电材料是钛酸钡(BaTiO3)。该 材料具有能在例如以薄膜形式的硅衬底上有利地生长的特性。硅上生 长是有利的，因为它表示本设备能与同一硅衬底上的其他光电设备， 诸如例如光电二极管、滤光片等集成。
例如，通过在氧化镁层上生长钛酸钡来获得波导1，用这种方式， 钛酸钡具有沿方向<001>定向的光轴c。换句话说，光轴c垂直于钛酸 钡的生长平面。图2表示光轴c的方向与引导层3的上表面3”正交。
除钛酸钡外，也可以使用其他光电材料，例如具有沿方向<001> 排列的晶轴。钛酸钡的备选材料可以是铌酸锂LiNbO3。
此外，能用在本发明中的光电材料是具有不等于0的非对角线光 电系数的材料。
应记住能将光电张量表示为6×3矩阵，以及非对角线系数(例如 系数r41，r42，r43，r51)是行列3之上，或换句话说，属于张量的行4 至6的子矩阵外的系数。
特别优选具有大于约100pm/V，以及最好，大于例如约在环境温 度估计的500pm/V的非对角线系数的材料(参考块状晶体(bulk crystal))，用于具有静态或低频(例如具有低于100KHz的频率) 施加电场的可见频谱内的电磁辐射的波长(例如633nm)。
在生产根据本发明的设备10过程中，钛酸钡特别有利，因为它 具有等于约1300pm/V的值的非对角线系数r42。
指出排列正电极12和负电极13，使得在第一波导1内(特别是 相应的引导层3内)产生控制电场的力线，以便将该电场垂直引导 到光轴c或具有至少一个分量垂直引导到该光轴。根据图2中的示意 图，电场垂直于该光轴c并垂直于第一波导1的传播方向(进入图 2的平面)，因此平行于偏振方向TE1。如本领域的技术人员将所公 知的，垂直于光轴c的控制电场分量使得在第一波导1内产生光电 效应，包含所述材料的折射率椭球的旋转。
现在，将描述充当调幅器的情况下，光电设备10的操作。
在这种情况下，光电设备10具有连接到第一波导1的第一输入 IN1的激光源14，以便生成基本上线性极化和对应于TE1模式的电磁 辐射。例如，激光源14是半导体激光。
有利地，该产生的辐射具有与光通信有关的波长，诸如例如在范 围800nm至1700nm范围内的波长。最好，所使用的辐射具有在范围 1200nm至1700nm范围内的波长，更好地，在范围1400至1700nm 范围内的波长。
当未向正电极12和负电极13供电并因此不产生任何电场时，设 备10操作为定向耦合器。在第一波导1中传播TE1模式，产生在长 度Lc的耦合区内，至少部分传送到以TE2模式传播的第二波导2的 渐消失模式。
在设备10提供100％耦合的情况下，在第二输出OUT2，可以收 集具有基本上相同的振幅的辐射，因此，收集与TE1模式相关的相同 功率容量。
当操作发电机G时，正电极12和负电极13被馈电，生成振幅 可随频率fcr改变的控制电场
正交引导到光轴c以及第一波导1的传播方向的控制电场在第 一波导1(具有非零系数r42)的铌酸钡中产生由波导支持的模式的偏 振转换。
更详细地说，控制电场引起与第一波导1的光电材料有关的折 射率椭球的轴的旋转。
作为该旋转的结果，改变由波导1支持的模式的传播条件，以及 这通过从偏振TE1到正交一个TM1的转换来表明。
构造定向耦合器11以便满足关系(i)，特别是关系(ii)，与 TE1和TE2模式之间的耦合相比，对应于能耦合到第二波导2的TM1 模式的辐射部分受限。事实上，定向耦合器11是对应于TM1模式的 辐射具有耦合到第二波导2的“趋势”，该“趋势”基本上为零，或在任 何情况下，不大于耦合TE1和TE2模式的趋势。
根据以本发明为基础的现象的可能定量说明，由该转换产生的模 式(在该例子中为TM1模式)至第二波导2的耦合的限制使得可以 降低整体耦合到第二波导的辐射部分，直到基本上抵消与定向耦合器 11的正常操作有关的能量传送为止，或简单地说，直到“破坏”定向耦 合器为止。
更具体地说，考虑在设备10中出现两个冲突的效应是合理的： 由于与第二波导2耦合的效应以及与光电效应有关的第一波导1中的 偏振转换的效应。
这两个效应之间的冲突可以是全部或部分禁止第一波导1和第二 波导2之间的耦合。
通过基于已知的耦合模式理论来考虑下述问题，可以足够精确地 描述这两个效应。根据这些考虑，ATE1和ATM1表示TE1和TM1模式 电场的复振幅，以及ATE2和ATM2表示TE2和TM2模式电场的复振 幅。
在这些考虑中，轴z是所考虑的两个波导中的辐射的传播轴，以 及原点z＝0位于如图1所示的有效区100的初始部分。
此外，初始条件为：|ATE1|2 z＝0＝1；|ATM1|2 z＝0＝0；|ATE2|2 z＝0＝0；|ATM2|2 z＝0＝0， 即，引入第一波导1中的辐射具有TE线性偏振。
模式等式采用下述形式：
d A TE 1 dz = - i k eo , 1 e iΔ β eo , 1 z · A TM 1 - i k coup , TE e iΔ β coup , TE . z · A TE 2 - - - ( 1 )
d A TM 1 dz = - i k eo , 1 e iΔ β eo , 1 z · A TE 1 - - - ( 2 )
d A TE 2 dz = - i k coup , TE e iΔ β coup , TE . z · A TE 1 - - - ( 3 )
在这些等式中，用与两个波导的模式有关的传播常数β之间的差 值来表示量Δβeo，1和Δβcoup，TE：
Δβeo，1＝βTE1-βTM1＝(nTE1-nTM1)2π/λ
Δβcoup，TE＝βTE1-βTE2＝(nTE1-nTE2)2π/λ
其中，nTE1和nTM1是第一波导1的TE和TM模式的有效折射率， 以及nTE2和nTM2分别是第二波导2的TE和TM模式的有效折射率。如 本领域的技术人员所公知的，有效折射率考虑所生产的波导的实际结 构，以及与未用或块状晶体的常规或非常折射率有关。
因子keo，1是第一波导1的TE模式和TM模式之间的光电耦合系 数，以及在这种情况下，与光电系数r42和垂直引导到光轴c的控制电 场的振幅Ecr和第一波导1的传播方向成比例(或与垂直于光轴c 的控制电场的分量和第一波导1的传播方向成比例)。
因子kcoup，TE是用于两个波导1和2之间的TE偏振的耦合系数，以 及取决于定向耦合器11的几何结构和用于第一波导1中的TE模式的 有效折射率nTE1和第二波导2中的TE模式的有效折射率nTE2。
在等式(1)中，第一项描述了因为控制电场而在第一波导1 中出现的偏振转换(即转换TE1→TM1)，而第二项描述了由于定向 耦合器11的结构而耦合到第二波导2(即耦合TE1→TE2)。
等式(2)是指由于由光电效应引起的偏振转换而在第一波导1 中生成的TM模式(即TM1模式)。等式(3)是指由于第一波导1 和第二波导2之间的耦合结果，在第二波导2中生成的TE模式(即 TE2模式)。
应指出，根据参考设备10所述，上面表示的等式是指在第二波 导2中无光电效应，以及没有第一波导1至第二波导2的TM模式耦 合的情形。换句话说，等式(1)、(2)和(3)是指构造成用于第二 波导2的光电耦合系数keo，2基本上为零，以及用于TM偏振的两个波导 之间的耦合系数kcoup，TM基本上为零(keo，2＝0，kcoup，TM＝0)的设备。
应当注意到，例如，可以考虑当偏振转换的TM辐射的功率和存 在于第二波导2中的TE辐射的功率之间的百分比不大于1％时，keo，2基 本上为零。
本发明设备也可以构造成使得两个波导之间的TM耦合不为零， kcoup，TM≠0。
在这种情况下，在等式(2)中，还有必要考虑具有下述形式的 项
-ikcoup，TMeiΔβcoup，TM.z·ATM2
其表示存在TM模式的耦合。耦合系数kcoup，TM取决于第一波导1 和第二波导2的几何结构以及它们的有效折射率。
通过下述关系，得出量Δβcoup，TM
Δβcoup，TM＝βTM1-βTM2＝(nTM1-nTM2)2π/λ
根据本发明的第一实施例，差值Δβeo，1和Δβcoup，TE均基本上为零，即， 在第一波导1的两个模式TE1和TM1之间无相位差，以及从第一波 导1耦合到第二波导2的模式TE1和TE2之间无相位差。
通过使用具有基本上为零的双折射 n TE 1 ≅ n TM 1 (例如双折射不 大于5,0·10-5)的第一波导1，可以获得第一条件(Δβeo，1＝0)。这是例 如当使用提供集成光学的已知技术来制造设备10时能实现，该已知技 术生成具有不同于引导层3或脊4的折射率、位于脊4上和/或引导层 3下的材料层。
另外，可以通过使用适当周期性的指状电极来降低第一波导的双 折射。
通过例如生成第一波导1，使其具有基本上等于第二波导2的折 射率nTE2的有效折射率nTE1(例如，折射率nTE1和nTE2之间的差值不大于 1,0·10-5)，能实现第二条件(Δβcoup，TE＝0)。这能在制造阶段，通过适当 选择两个波导1和2的材料和尺寸来实现。例如，可以使用材料和尺 寸基本上相同的波导1和2。
在假定引用上述的情况下，等式(1)、(2)和(3)的解采用 下述：
ATE1＝cos-(-Kz)             (4)
ATM1＝-i(keo，1/K)sin(Kz)   (5)
ATE2＝-i(kcoup，TE/K)sin(Kz)(6)
其中，
K = k eo , 1 2 + k coup , TE 2
最好，将光电设备10生成为与在定向耦合器11中表明的耦合效 应相比，第一波导1内的偏振转换的效应更大。
特别地，在设备10的预定操作条件下，光电耦合系数keo，1大于波 导之间的耦合系数kcoup，TE：
keo，1＞kcoup，TE(iii)
例如，keo，1等于至少两倍kcoup，TE。这能通过根据所需调制施加随时 间改变并具有例如生成具有适当高最大振幅的控制电场的峰-峰值 的电势差Vcr来实现。
表达式(6)表示，如果keo，1＞＞kcoup，TE，则场ATE2倾向于零， 即，在该情况下，通过控制电场降低(或基本上抵消)两个波导 1和2之间的耦合。
特别地，相对于在缺少控制电场的情况下测量的电磁辐射，可 以降低或基本上抵消存在于第二输出OUT2处的电磁辐射(通过TE2 模式传播)。
控制电压Vcr根据频率fcr的时间可变性导致调制存在于第二输出 OUT2处的辐射场的振幅，因此，允许调制存在于该输出处的辐射功 率。
特别地，通过(利用频率fcr)在控制电压Vcr的振幅的最小值和 最大值之间进行切换，由激光源14发出的辐射的开-关调制将是可能 的。在这种情况下，第二输出OUT2是有用端口，使得调制的辐射可 用，而第一输出OUT1可以被用作监视设备10的操作的端口。
申请人已经执行了考虑将铌酸钡用作光电材料的上述类型的设 备(Δβeo，1＝Δβcoup，TE＝0)的计算机模拟。根据该模拟，将有效区100的长 度选择为等于3000μm。
通过考虑用于设备10的参数的下述值来执行该第一模拟：波长 λ＝1.55um，系数r42＝500pm/V(考虑与块状晶体值相比，由铌酸钡薄 膜引起的r42的降低)，kcoup，TE＝5.2 10-4μm-1，kcoup，TM＝0，keo，2＝0， nTE1＝nTM1＝1.9359。
该模拟论证，通过施加约等于3.9V的电势差Vcr，基本上可以抵 消在第二输出OUT2处输出的电磁功率。
在这些操作条件下，值keo，1等于9.2 10-4μm-1。
图3示出用dB表示并且当增加施加到电极12和13的控制电压 Vcontr时在第二输出OUT2处测量的电磁功率Pout2的曲线。
从图3的图可以看出，对包括在3.8V和4V之间的电压Vcr的值， 获得超出40dB的功率Pout2的消光或切痕。
该模拟还论证，至少对于包括在3.8V和4V之间的电压值Vcr， 有关功率Pout2的消光的设备10的性能显示出有关耦合区100实际长 度的偏差相对于等于3000μm的额定值Lc的令人满意的容差。
根据本发明的第二实施例，第一波导1和第二波导2例如显示出 TE1和TM1模式以及TE1和TE2模式之间的相位不匹配条件。
换句话说，用于第一波导1中的TE和TM模式的传播常数之间 的差值不等于零，Δβeo，1≠0，以及第一波导1的TE模式和第二波导2 的TE模式的传播常数之间的差值不等于零，Δβcoup，TE≠0。
在这种情况下，为了获得存在于第二输出OUT2的功率的期望调 制效果，施加具有大于能在先前所述的情况下施加的振幅的控制电场 是有用的。例如，所施加的控制电压Vcr大于约等于10V的值，以 及最好，包括在10和30V之间。
根据定量分析，相位不匹配条件Δβeo，1≠0暗指将等式(1)(2)和 (3)的光电耦合系数乘以等于e1Δβ eo，1 z的指数因子。该因子平均降低光 电系数的振幅，而不完全阻止偏振转换的动作。
在这种情况下，最好通过从在有效区100的长度上执行的平均操 作获得并等于下述的有效光电耦合系数keo，1-eff来描述偏振转换：
k eo , 1 - eff = i k eo , 1 < e iΔ β eo , 1 z > - - - ( 7 )
类似地，条件Δβcoup，TE≠0暗指对两个波导1和2之间的TE 模式的耦合，能将也从平均操作获得的有效系数kcoup，TE-eff定义为：
k coup , TE - eff = i k coup , TE < e iΔ β coup , TE z > - - - ( 7 ′ )
此外，在第二实施例中，根据在任何情况下，有效光电系数 keo，1-eff大于在第一和第二波导间的有效耦合的系数kcoup，TE-eff， 与条件(iii)类似的条件视为有效：
keo，1-eff＞kcoup，TE-eff    (iiii)
申请人已经执行与参考图1和2所述的类似，但根据该另一实施 例产生设备的操作的模拟，Δβeo，1≠0，Δβcoup，TE≠0。对该第二模拟， 除双折射值nTE1-nTM1等于1,0·10-3以及差值nTE1-nTE2等于0,5·10-4外， 考虑如为第一模拟所定义的相同值。
图4表示当电压的振幅Vcontr增加时，存在于第二输出处的功率 Pout2的曲线。对包括在13.5V和14.5V之间的电压值Vcontr，获得大于 20dB的切痕。对约等于13.8V的值，获得包括在25dB和30dB之间 的切痕。此外，该模拟已经显示出在这种情况下，关于耦合区100的 实际长度，设备显示出良好的容差。
根据本发明的第三实施例，根据与本发明的第一或第二实施例有 关的假定差异，来生成光电设备10是不满足关系(iii)或(iiii)。
例如，在该情况下，第一波导1和第二波导2之间的耦合大于第 一波导1中的偏振转换，kcoup，TE＞keo，1(“强耦合”条件)。
有利地，强耦合条件允许生成更短的设备。此外，在该条件下， 发现施加零电场时从第一波导1至第二波导2的耦合不太受制造误差 的影响。
在这种情况下，场ATE2显示出沿传播轴z的正弦型周期行为(如 能通过观察用关系(6)表示的解所直观理解的)：
A TE 2 ∝ sin ( k eo , 1 2 + k coup , TE 2 z )
基于上述关系，(作为控制电压Vcr并因此控制电场以及光电 系数keo，1的函数)，可以确定对应于与TE2模式有关的最小功率的设 备10的部分的从原点z＝0计算的距离Lnotch。
申请人已经执行根据本发明的该第三实施例构造的设备10的操 作的模拟。
在该第三模拟中，考虑与用于第一和第二模拟所给出的参数的相 同值，除采用等于7.9·10-3μm-1的kcoup，TE的值以外。此外，定向耦合 器11被构造成在缺少外部电场的情况下，对等于200μm的两个波 导1和2的并排部分的长度(对应于定向耦合器11的周期)，产生从 第一波导1至第二波导2的最大功率传送。
该模拟示出，对于控制电压Vcr的特定值，对等于z’＝2600μm的 有效区100长度，即，等于定向耦合器11的周期的约13倍，出现基 本抵消从第二波导2输出的功率Pout2(在其它可能值中)。
如图5所示，在距离z’以及对包括在12V和13V之间的控制电 压Vcr的值，获得大于20dB的切痕，以及特别地，在约12.5V处，获 得大于25dB的切痕，在该操作条件下，keo，1等于2.9·10-3μm-1。
与本发明的第三实施例有关的结果表明，即使在第一波导中引起 的偏振转换(TE1→TM1)不是特别有效的情况下，光电设备10允许 降低OUT2端口处的输出功率(并因此降低调制此的概率)。
特别地，光电设备10可以被构造成偏振转换不可忽略，即，与 TE偏振有关的输入功率Pin和与TM偏振有关并由转换所产生(在为 最大值的部分中计算的)的功率Pconv之间的百分比Pconv/Pin大于约 1％。
最好，该比率大于5％，以及更好，大于10％。根据特定实施例， 转换比大于40％。在任何情况下，不必完成从TE至TM的偏振转换。
应注意到，控制电场可以在第一波导1内显示出不垂直于光轴 C的分量，例如导致第一波导1的有效折射率nTE1和nTM1的至少一个变 化。
根据本发明，有效折射率nTE1和nTM1的这些变化也有助于调制定向 耦合器11的行为，但在任何情况下，不执行用于该调制的基本任务， 相反，由偏振转换的动作来执行。
此外，作为模拟的结果，注意到光电设备10相对于第一波导1 的双折射的偏差nTE1-nTM1(因此Δβeo，1)，显示出令人满意的容差。
特别地，已经注意到对于约40％的双折射偏差的容差。
关于这一点，申请人已经观察到，有关定向耦合器的破坏的设备 10的行为，对低于0.001的差值Δβeo，1(在图5中引用的值)以及对等 于0.0014的值，仍然基本上不变。特别地，假定Δβeo，1＝0.0014以及对 约等于上面引用(12.5V-13.5V)的电压值Vcontr，获得等于约15dB的 消光。
图6表示生产为光电设备20的本发明的第四实施例。在图6以 及在下述图中，使用相同的标记来表示与已经描述过的部件相同或类 似的部件。
设备20类似于上述设备10但与它不同，因为代替正电极12，包 括所生成的不同正电极21以便连同负电极13，也在第二波导2内产 生电场特别地，正电极21在第二波导2之上延伸并基本上面向 它。
此外，第二波导2可以可选地通过光电材料，诸如例如与第一波 导1相同的材料生成。
该控制电场未显示出与第二波导2的光轴c垂直的基本分 量，因此，不能在该波导中引起显著的偏振转换。
特别地，控制电场基本上平行于第二波导2的晶体的光轴c， 因此，如果第二波导2包括光电材料，则能在第二波导中引导的模式 之间产生相位差，而不是偏振转换。
因此，设备20的操作类似于参考设备10的三个可能实施例所述， 据此keo，2为零。
图7表示根据本发明的第五实施例产生的光电设备30。根据该第 五实施例，通过基本上非光电材料，诸如例如氮化硅、二氧化硅或硅 来生产第二波导(第二脊5和位于其下的引导层3区域)。
此外，设备30包括排列到第二波导2侧的正电极31，以便两个 波导1和2均受垂直于光轴c引导的控制电场影响。然而，由于第 二波导2不包括光电材料，在它中不产生由控制电场引起的偏振转 换。
例如，图7中的光电设备30被构造成满足上述关系(i) (kcoup，TE≥kcoup，TM)，但对于TM模式，在第一波导1和第二波导2之 间具有非零耦合(TM1→TM2)：kcoup，TM≠0。
即使存在与TM模式有关的耦合，可以调制输出功率，以及基本 上以与上述类似的方式破坏定向耦合。
图8表示根据本发明的第六实施例产生的光电设备35。根据该第 六实施例，第二波导2在第一波导之上延伸，并在单独层8’上生成， 层8’例如由二氧化硅或通过具有小于第一波导1和第二波导2的引导 层的折射率的另一材料生成。第二波导2基本上与第一波导1对准， 或换句话说，第一波导1和第二波导2具有进入图8的平面的各自传 播轴。
设备35包括排列在两个波导的相对外侧的负电极37和正电极 36，以便生成垂直于光轴c和波导的传播方向的电场
根据该第六实施例，通过基本上非光电材料，诸如例如硅、二氧 化硅或氮化硅生成第二波导2。
在这种情况下，也不在第二波导2内产生偏振转换。
图9还表示图8的替代实施例，包括由非光电材料生产并具有例 如矩形磁心的植入型第二波导2’。
与参考图1和2中的设备所述类似，也可以生产对应于设备20 (图6)、30(图7)和35(图8)的第四、第五和第六实施例，以便 满足先前参考第一、第二和第三实施例所述的所有关系。
图10表示对应于本发明的第七实施例的光电设备40。设备40 的结构及其操作与设备10类似，除下面所述的差异外。
在设备40中，均通过光电材料生产波导1和2。与参考图1中的 设备10的描述不同，图10中的实施例提供负电极13和正电极12， 以便在第二波导2内也产生电场具有由于在该第二波导内的光 电效应而引起偏振转换的方向。电极12和13排列在两个波导1和2 之外并它们处于相反侧。
此外，根据图10中的实施例，考虑用于第一波导1和第二波导 2之间的TM模式的耦合系数不等于零，kcoup，TM≠0。
在这些假定中，描述两个波导中的场的等式采用下述形式：
d A TE 1 dz = - i k eo , 1 e iΔ β eo , 1 z · A TM 1 - i k coup , TE e iΔ β coup , TE . z · A TE 2 - - - ( 8 )
dA TM 1 dz = - i k eo , 1 e iΔ β eo , 1 z · A TE 1 - i k coup , TM e iΔ β coup , TM . z · A TM 2 - - - ( 9 )
d A TE 2 dz = - i k eo , 2 - e iΔ β eo , 2 z · A TM 2 - i k coup , TE e iΔ β coup , TE . z · A TE 1 - - - ( 10 )
d A TM 2 dz = - i k eo , 2 e iΔ β eo , 2 z · A TE 2 - i k coup , TE e iΔ β coup , TM . z · A TM 1 - - - ( 11 )
这些等式是先前所述的等式(1)、(2)和(3)的广义化。事 实上，通过抵消在等式中出现的特定参数，可以追溯到它们或先前所 述的实施例。
已经定义了在这些等式中所述的一些量以及剩余量是：
Δβeo，1＝βTE1-βTM1＝(nTE1-nTM1)2π/λ；
Δβeo，2＝βTE2-βTM2＝(nTE2-mTM2)2π/λ；
Δβcoup，TE＝βTE1-βTE2＝(nTE1-nTE2)2π/λ；
ke0，2÷r42 Ewg-2
基于上述和区别它们的折射率，这些量的物理意义对本领域的技 术人员来说是很清楚的。
一般来说，与相同模式(例如TE)有关的折射率在两个波导1 和2中越相等(即，nTE1接近nTE2)，从一个波导到另一波导的该模式 的耦合越大。
假定量Δβeo，2不等于零，适合定义有效耦合系数ke0，2-eff：
k eo , 2 - eff = i k eo , 2 < e iΔ β eo , 2 z >
申请人已经观察到通过确保下述条件：
Ke0，1-eff＞Ke0，2-eff    (12)
可以获得对应于辐射的切换的定向耦合器11的破坏。
关系(12)表示与第一波导1(引入输入辐射的波导)内的光电 效应有关的偏振转换效应大于可以在第二波导2内产生的效应。换句 话说，本设备被构造成对第一波导来说，与第二波导有关的比率相比， 偏振转换的辐射的功率和所引入的辐射的功率的比率(对该比率为最 大值的z值计算的)更大。
仍然根据定量分析，第二波导2中的偏振转换具有阻止破坏定向 耦合器11的效应，即导致生成TM2模式(见等式(10)和(11))， 因此，适当地限制它。
指出在先前所述的实施例中(设备10，20，30，35)，通过各种 技术解决方案，已经使第二波导2中的有效光电耦合的系数 (ke0，2-eff＝0)为零。相反，根据图10中的实施例，通过不等于零 的有效系数ke0，2-eff，满足关系(12)。
例如，为在第七实施例中符合关系(12)，第一波导1和第二波 导2是例如显示出满足下述关系的双折射：
Δβeo，1＜＜Δβeo，2(13)
或等效地，
nTE1-nTM1＜＜nTE2-nTM2(14)
以及特别地，
nTE1≈nTM1(15)
关系(15)陈述第一波导1有利地具有低双折射，例如不超过 5.0·10-2，最好不超过5.0·10-3，因此，具有用于量Δβeo，1的低值。
相反，第二波导2中的双折射较高是适当的，例如至少等于第一 波导的5倍。
然而，为符合关系(i)，kcoup，TE≥kcoup，TM，即，为确保与TE模 式有关的第一波导1和第二波导2之间的耦合不小于与TM模式有关 的耦合，通过将nTE1选择为约等于nTE2，可以调整两个波导的折射率：
nTE1≈nTE2(16)
事实上，通过应用关系(16)和关系(15)及(14)，使用于 TM模式的第一波导1的折射率nTM1与第二波导2的nTM2完全不同。特 别地，获得下述：
nTM1＞＞nTM2(17)
以及这暗指符合条件(i)，
kcoup，TE ≥kcoup，TM。
图11表示与图10中类似，提供生成的更多细节的本发明的实施 例。
图11中的光电设备45包括二氧化硅SiO2的下覆层7，在其上 有利地排列由例如氧化镁(MgO)生成的中间或缓冲层46，在其上生 长引导层3，由此两个脊4和5。引导层3和脊4和5是显示出具有方 向<001>的光轴的铌酸钡。
为了根据关系(15)，降低第一波导1的双折射，在脊4上形成 例如氮化硅Si3N4，或具有大于上覆层8的折射率的其他材料的附加层 47。
电极12和13最好由金(Au)生成，以及例如生成垂直于光轴c 和传播轴z的控制电场
考虑入射光辐射的波长等于λ＝1.55μm，铌酸钡(BaTiO3)的普 通折射率nord和非常折射率next等于nord＝2.1810和next＝2.166。
上覆层8和下覆层7的折射率nsio2等于1.444，以及缓冲6的折 射率nMgO为1.732，而附加层47的折射率等于2.2。
铌酸钡具有等于500pm/V的非对角线光电系数r42。
图11的集成设备具有下述尺寸：
-下覆层7的厚度d1，d1＞1.5μm，并且例如小于100μm。
-缓冲46的厚度d2，约等于100nm；
-引导层3的厚度d3，约等于250nm；
-第一波导1和第二波导2的脊4和5的厚度d4约等于550nm， 附加层47的厚度约等于200nm；
-第一波导1的脊4的宽度w1约等于700nm；
-第二波导的脊5的宽度w2约等于775nm；
-两个波导之间的距离d约等于900nm；
-电极12和13的高度h大于1μm，而且例如小于1mm；
-电极间的距离d6大于8μm，并且例如小于50μm。
上述设备45的尺寸导致用于第一波导1和第二波导2的横电和 横磁模式的折射率的下述值：nTE1＝1.9359；nTM1＝1.9354；nTE2＝1.9358 以及nTM2＝1.9083。
对于第一波导1，存在nTE1-nTM1＝5·10-4的双折射，以及对于第二波 导，双折射等于nTE2-nTM2＝0.0275。此外，kcoup，TE＝0.0098和kcoup，TM＝0.0045。
申请人已经基于上述列出的尺寸值执行了模拟。结果已经表明， 对等于10μm的电极间距离d6，以及通过等于约1V的施加电压Vcr， 在波导1和2内获得电场平均值等于约0.05V/μm。对该计算， 考虑用于射频的铌酸钡的介电常数等于约1000。
图11中的设备45表示，在缺少电场的情况下，第二波导2 的TE模式的定期曲线具有等于160μm的周期。
有效区100可以具有等于z”＝5930μm的长度，对应于上述周期 的约三十七倍。
图12表示在长度等于上述值z”的情况下，当改变施加到电极12 和13的电压时，在第二波导2的输出处存在的功率Pout2的曲线。该 功率Pout2考虑均在第二波导2中传播的TE2模式和TM2模式。
图12中的图还表示对包括在9.5V和10.5V之间的电压值，获得 超出20dB的功率的消光。
特别地，对于约等于10V的值，获得约35dB的消光。
图12还表示对具有约9.5V值的电压值Vcr，消光降低到15dB。
为操作为调幅器或开关的目的，图11的设备45的控制电压Vcr 可以在特定值范围内改变。例如，根据图12中的实验结果，电压Vcr 可以在9.5V和10.5V之间改变。
可以通过将其分为对应于恒定控制电场的恒定偏压Vbias(例如约 7V)和可变电压Vvar(例如具有5V的峰-峰电压)，来施加该控制电 压Vcr。
恒压Vbias使得操作点固定于在输出OUT2存在的功率的特定值， 例如等于输入OUT1处的功率的50％。可变电压Vvar产生允许调制输 出OUT2处的功率的可变电场。
图13按线性标度表示第二输出OUT2处的输出功率Pout2的曲线， 以及还表示根据对设备45所执行的模拟获得的值Vbias＝7V和 Vvar＝5V。
应注意到，对应于偏压Vbias的恒定电场和对应于可变电压Vvar 的可变电压作用在设备45的整个有效区100上是有利的。
关于这一点，图14表示与图11中的设备45类似的设备55，但 包括特别适合于保证偏压电场和可变场在整个有效区100上基本上均 匀分布的电极结构。
更详细地说，光电设备55包括排列在上覆层8上并面对在第一 波导1和第二波导2之间延伸的引导层3的区域的偏压电极Belect。
例如由掺杂多晶硅来生成偏压电极Belect，以便在高频构成电绝缘 体，以及在静态或低频条件下构成电导体。
光电设备55具有恒压发生器DC-G，其具有连接到偏压电极Belect 的第一端和连接到负电极13的第二端。可变电压发生器RF-G(例如 以射频RF操作)连接到负电极13和正电极12。
在高频时作为绝缘体操作的偏压电极Belect不受由可变电压发生 器RF-G生成并提供到负电极13的射频电压的影响。
在操作中，可以将恒定电势(例如7V)施加到偏压电极Belect。 在正电极12和负电极30之间，施加振荡电压Vvar(例如可以在±2.5V 范围内变化)。因此，偏压电极Belect了解正电极12处于等于施加给 它的可变电压Vvar的平均值Vm(例如Vm为0V)的电压。因此，与 偏压电极Vbias相比，正电极12平均处于低电势(通常为0)。
这暗指通过图14中的连续线示意所示，引导电偏置场的力线 和可变电场的力线。
特别地，在第一波导1和第二波导2中，两个电场垂直于光轴 c和传播轴z。
另外，为了用适当的方式施加偏压电场和可变电场可以 使用在该部分中已知的传统偏压T形设备。
指出，即使上述描述参考对应于TE模式的输入辐射，本发明的 公开内容也适用于将TM型的线性偏振辐射引入第一波导1的情形。
在注入TM辐射的情况下，将沿参考本发明的在前实施例相同的 方向，引导射频电场以及定向耦合器11将被配置成kcoup，TM≥kcoup，TE。
指出，根据本发明生成的设备是不仅能操作为调制器，而且能操 作为开闭开关、转换开关或衰减器。
关于这一点，参考图2，在缺少控制电场的情况下，将在第一输 入IN1处引入的辐射耦合到第二波导2，以及使在第二输出OUT2处 可用(开关的交叉状态)。在存在控制电场的情况下，可以通过使 光电设备10处于直通或阻止状态，来降低或基本上抵消存在于第二输 出2处的辐射。在这种情况下，使在第一输入IN1处引入的功率在第 一输出OUT1处可用(至少部分)。
根据本发明的光电设备提供具有令人满意的性能的光开关或光 调制器的功能。所执行的模拟显示出，通过对这种类型的应用施加适 当振幅的恒定电压Vcontr，可以获得适用于光通信系统中的输出功率 的消光值。
此外，如所示，通过本发明公开的解决方案也具有允许输出功率 的切换/调制不主要依赖于所使用的波导的双折射，并因此对设备的制 造不准确度不太敏感的优点。