基于极化聚合物材料和电光效应的电光开关具有响应速度快、开关电压低、插入损耗小、串扰低、开关时间短、加工工艺简单、折射率易调整等优点,在光通信系统中具有光路保护、光路切换、光域优化及路由、光上下路复用、光交叉连接等功能。作为本论文的理论基础和设计依据,针对所设计的电光开关用到的波导结构和电极结构,本论文分别给出了介质吸收型脊形波导、金属包层型脊形波导的模式特性分析方法和共面行波电极、微带行波电极、屏蔽行波电极的电场分布分析方法。作为本论文的重点核心内容,在上述分析方法的基础上,为了降低开关电压、降低插入损耗和串扰、拓宽输出光谱以及放宽器件制作容差,本论文对几种不同结构的电光开关做了结构改进和新型设计。首先,优化设计了交叉式推挽微带四电极定向耦合电光开关以及两节、三节交替反相电极定向耦合电光开关。所给出的新型交叉引线式推挽微带四电极结构的电光调制效率是一般共面电极结构电光调制效率的5倍,从而大大降低了开关电压。其次,为了减小器件尺寸同时降低开关电压,设计了单节电极和两节交替反相电极Y型耦合器电光开关,在相同的结构参数下,这两种器件可以获得更小的尺寸以及更低的驱动电压。第三,为了解决传统结构MZI电光开关的电光区相移随波长的漂移问题,通过引入相位发生器(PGC),设计了新型改进结构的宽光谱非对称一阶PGC MZI电光开关和宽光谱对称N阶PGC MZI电光开关,并通过对PGC结构参量的优化,其产生的相移可有效地补偿波长漂移引起的相移漂移,因此大大拓宽了器件的输出光谱。作为本论文的另一重点核心内容,优化设计了几种高速聚合物电光开关并给出了其新型的时频响应特性分析方法和趋肤效应特性分析方法。一方面,为了使器件在较高频率下具备正常的开关功能,本论文设计了阻抗匹配型定向耦合电光开关和MMI MZI电光开关,并针对这两种器件,给出了其时频响应特性的新型分析方法,得到了上升时间、下降时间、延迟时间、开关时间和截止开关频率等参数的表达式。另一方面,为了解决一般电极结构下无法同时获得高电光调制效率、较好的阻抗匹配和较低的折射率失配问题,本论文设计了屏蔽电极定向耦合高速电光开关和屏蔽电极Y型耦合器高速电光开关,并针对这两种器件,给出了其趋肤效应特性的新型分析方法,推导了门限频率和有效电极厚度等公式,讨论了趋肤效应对器件的微波特性参数、响应特性参数、插入损耗、串扰、截止开关频率和3dB微波调制带宽等性能的影响。与其它数值模拟方法相比,本论文给出的解析设计方法可更为全面地对器件进行优化设计和模拟,具有简捷实用、公式规整和精度高等优点,可用于电光开关以及同类器件的结构设计、理论分析、参数优化和特性模拟,并在其实验室制作和加工方面也具有一定的指导意义和实用参考价值。