CN109690373B - 具有层叠结构的光波导制品及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种光波导制品，其包括由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成的基层以及熔合到该基层并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成的表面层。波导设置在表面层内。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001。形成光波导制品的方法包括在玻璃层叠结构的表面层中形成波导，该玻璃层叠结构包括熔合到表面层的基层。基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成。表面层由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001。

Description

具有层叠结构的光波导制品及其形成方法
背景
本申请要求2016年7月15日提交的美国临时申请第62/362870号的优先权的权益，该申请的内容通过引用整体结合于此。
1.领域
本公开涉及光波导，并且更具体地涉及具有层叠结构的表面光波导。
2.技术背景
光波导可以被配置为由低折射率材料围绕的高折射率材料。引入波导中的光将在高折射率材料内传播。
可以通过从可离子交换的玻璃基板开始，掩蔽基板的表面，使得波导的预期路径暴露，并使经掩蔽的基板经受离子交换处理以增加暴露区域的折射率，从而沿预期路径形成高折射率材料，来制造光波导。
发明内容
本文公开了具有层叠结构的光波导制品及其形成方法。
本文公开了一种光波导制品，其包括由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成的基层以及熔合到该基层并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成的表面层。波导设置在表面层内。n基和n表面满足等式n表面–n基≥0.001。
本文还公开了一种光波导制品，其包括层叠玻璃片，该层叠玻璃片包括基层以及与基层熔合的表面层。基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成。表面层由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001。波导设置在表面层内。
本文还公开了一种用于形成光波导制品的方法。该方法包括在玻璃层叠结构的表面层中形成波导，该玻璃层叠结构包括熔合到表面层的基层。基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成。表面层由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001。
应理解的是，前述概括描述和以下详细描述都仅是示例性的，并且旨在为理解所要求保护的主题的本质和特征提供概述或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图图示一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。
附图简述
图1是包括玻璃层叠结构的光波导制品的一个示例性实施例的横截面示意图。
图2是在图1所示的玻璃层叠结构的表面层中形成波导之前的横截面示意图。
图3是可用于形成玻璃层叠结构的溢流分配器的一个示例性实施例的横截面示意图。
图4是图2的玻璃层叠结构的横截面示意图，其中，掩模应用于表面层的外表面。
图5是在选择性地对图4的玻璃层叠结构的表面层的外表面的未被覆盖部分进行离子交换处理以形成表面层的低折射率区域之后的横截面示意图。
图6是在从图5的玻璃层叠结构的表面层的外表面去除掩模并使表面层的外表面经受第二离子交换处理之后的横截面示意图。
图7是在从图5的玻璃层叠结构的表面层的外表面去除掩模并将低折射率涂层施加到表面层的外表面之后的横截面示意图。
图8是在图2的玻璃层叠结构的表面层的外表面上施加掩模，并且在选择性地使表面层的外表面的未被覆盖部分经受离子交换处理以形成表面层的低折射率区域之后的横截面示意图。
图9是在从图5的玻璃层叠结构的表面层的外表面去除掩模并在表面层的低折射率区域中形成腔之后的横截面示意图。
图10是在玻璃层叠结构的表面层中形成波导之前的横截面示意图，其中掩模应用于表面层的外表面。
图11是在选择性地对图10的玻璃层叠结构的表面层的外表面的未被覆盖部分进行离子交换处理以形成表面层的高折射率区域之后的横截面示意图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中图示出的示例性实施例。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。附图中的组件并不必须是按比例的，而是将重点放在展示示例性实施例的原理上。
如本文所用，术语“离子交换扩散率”是指离子交换过程中涉及的离子的互扩散或相互扩散系数。菲克第二定律可以描述离子的互扩散或相互扩散，其在一个维度上由以下等式定义：
Figure BDA0001990715780000021
其中x是玻璃厚度方向上的坐标，c是离子(诸如例如Na+)的浓度，J是浓度通量，D是有效相互扩散率，该有效相互扩散率定义在J.Crank的“扩散数学(THE MATHEMATICS OFDIFFUSION)”，第2版，牛津科学出版社(2001年)中。
如本文所用，术语“光敏玻璃”是指可以响应于暴露于辐射而经历转变的玻璃，诸如玻璃的至少一部分被转变成玻璃-陶瓷。光敏玻璃的示例包括但不限于光反应玻璃和光折变玻璃。该转变可以例如通过蛋白石化、通过折射率的变化、或通过电磁辐射的吸收谱的变化(例如，颜色的变化)来表现。在一些实施例中，辐射包括紫外(UV)辐射。在一些实施例中，暴露于辐射之后进行显影处理(例如，热处理)以帮助实现玻璃的转变。在一些实施例中，将光敏玻璃暴露于辐射，然后进行显影处理，引起光敏玻璃的暴露部分的蛋白石化。术语“光敏玻璃”可用于指未转变状态(即，在暴露于辐射和/或显影处理之前)或已转变状态(即，暴露于辐射和/或显影处理之后)的材料。
如本文所用，术语“平均热膨胀系数”或平均“CTE”是指给定材料或层在0℃和300℃之间的平均线性热膨胀系数。除非另有说明，否则本文所用的术语“热膨胀系数”或“CTE”是指平均热膨胀系数。CTE可以例如使用ASTM E228“(用推杆式膨胀计测量固体材料的线性热膨胀的标准试验方法)Standard Test Method for Linear Thermal Expansion ofSolid Materials With a Push-Rod Dilatometer”或ISO 7991：1987“玻璃-平均线性热膨胀系数的确定(Glass--Determination of coefficient of mean linear thermalexpansion)中描述的过程来确定。”
在本文所描述的各种实施例中，玻璃层叠结构包括在玻璃层叠结构内的给定深度处的压缩应力或拉伸应力。可以使用任何合适的技术来确定压缩应力和/或拉伸应力值，包括例如基于双折射的测量技术、折射近场(RNF)技术或(例如，使用偏振计的)光弹性测量技术。用于应力测量的示例性标准包括例如ASTM C1422/C1422M-10“化学强化平板玻璃的标准规范(Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass)”和ASTMF218“用于分析玻璃中的应力的标准方法(Standard Method for Analyzing Stress inGlass)。”
在各种实施例中，光波导制品包括玻璃层叠结构，该玻璃层叠结构包括基层和与基层相邻的至少一个表面层。基层和表面层中的每一个是玻璃层，其独立地包括玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、或其组合。基层具有基础折射率n基，并且表面层具有表面折射率n表面。基础折射率n基和表面折射率n表面是指在如本文所描述的任何离子交换处理之前各层的折射率。例如，基层由具有基础折射率n基的第一玻璃组合物形成，并且表面层由具有不同于n基的表面折射率n表面的第二玻璃组合物形成。例如，n基和n表面相差至少约0.001。在一些实施例中，n基小于n表面。在其他实施例中，n基大于n表面。光波导制品包括设置在玻璃层叠结构的表面层内的至少一个波导。波导包括相对高折射率的区域，其至少部分地被相对低折射率的一个或多个区域围绕。例如，波导包括在表面层的相对低折射率基质内延伸的相对高折射率的通道。在一些实施例中，表面层的一部分的折射率被降低以形成波导(例如，以形成相对低折射率的基质)。在其他实施例中，表面层的一部分的折射率被增加以形成波导(例如，以形成相对高折射率的通道)。通过使层叠结构经受离子交换处理以形成如本文所描述的波导，可以修改表面层的折射率。
图1是包括玻璃层叠结构100的光波导制品10的一个示例性实施例的横截面示意图。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括层叠玻璃片，该层叠玻璃片包括多个玻璃层。层叠玻璃片可以是如图1所示那样基本上平面的，或者是非平面(例如，弯曲或弯折)的。玻璃层叠结构100包括基层102和与基层相邻的表面层104。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括与基层102相邻的第二表面层106，并且基层设置在表面层104和第二表面层之间，如图1所示。在其他实施例中，省略第二表面层。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106是外层，如图1所示。例如，表面层104的外表面108用作玻璃层叠结构100的外表面和/或第二表面层106的外表面110用作玻璃层叠结构的外表面。在其他实施例中，表面层和/或第二表面层是设置在基层和外层之间的中间层。在这样的实施例中，外层可以是外部玻璃层、涂层(例如，聚合物、金属或陶瓷涂层)、或另一种合适的层。在一些实施例中，外层包括透明导体、半导体、电光学器件或液晶。
基层102包括第一主表面112以及与第一主表面相对的第二主表面114。在一些实施例中，表面层104熔合到基层102的第一主表面112。另外或替代地，第二表面层106熔合到基层102的第二主表面114。在这样的实施例中，表面层104与基层102之间的界面和/或第二表面层106与基层之间的界面不含任何粘合材料，诸如，例如粘合剂、涂层、或者被添加或配置以便将相应的表面层粘附到基层的任何非玻璃材料。因此，表面层104和/或第二表面层106直接熔合到基层102或与基层直接相邻。在一些实施例中，玻璃层叠结构包括设置在基层与表面层之间和/或基层与第二表面层之间的一个或多个中间层。例如，中间层包括在基层和表面层的界面处形成的中间玻璃层和/或扩散层。扩散层可包括混合区域，该混合区域包括与扩散层相邻的每个层的组分(例如，两个直接相邻的玻璃层之间的混合区域)。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括玻璃-玻璃层叠体(例如，原位熔合的多层玻璃-玻璃层叠体)，其中直接相邻的玻璃层之间的界面是玻璃-玻璃界面。
在一些实施例中，基层102由第一玻璃组合物形成或包括第一玻璃组合物，并且表面层104和/或第二表面层106由不同于第一玻璃组合物的第二玻璃组合物形成或包括该第二玻璃组合物。在使玻璃层叠结构经受如本文所描述的任何类型的离子交换处理之前，第一玻璃组合物和与第二玻璃组合物彼此不同。例如，在图1所示的实施例中，基层102包括第一玻璃组合物，并且表面层104和第二表面层106中的每一个包括第二玻璃组合物。在其他实施例中，表面层包括第二玻璃组合物，第二表面层包括与第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物不同的第三玻璃组合物。
光波导制品10包括设置在玻璃层叠结构100的表面层104内的波导130。波导130包括高折射率区域132，其至少部分地被低折射率区域134围绕或包围。术语“高折射率”和“低折射率”是相对术语，意味着高折射率区域132的折射率n高大于低折射率区域134的折射率n低。例如，n高和n低相差至少约0.001和/或满足等式n高-n低≥0.001。在一些实施例中，波导130包括高折射率区域132与低折射率区域134之间的过渡区域。过渡区域的折射率在n高和n低之间变化。过渡区域可以是例如由用于形成如本文所描述的波导130的离子交换处理产生的组成物梯度的结果。在一些实施例中，n高基本上等于或等于n表面。因此，可以减小表面层104的一部分的折射率以形成低折射率区域134，而基本上不降低如本文所描述的高折射率区域132的折射率。在其他实施例中，n低基本上等于或等于n表面。因此，可以增加表面层104的一部分的折射率以形成高折射率区域132，而基本上不增加如本文所描述的低折射率区域134的折射率。
在图1所示的实施例中，高折射率区域132包括高折射率通道，并且低折射率区域134包括至少部分地围绕该通道的低折射率基质。高折射率通道在低折射率基质内延伸(例如，沿长度方向或X方向)。高折射率通道在相对的横向侧由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率通道在面向基层102的基底侧上由基层或者由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率通道在与基底侧相对并且背离基层102的表面侧上由低折射率基质或低折射率介质界定。低折射率介质包括例如空气、涂层(例如，玻璃、金属或陶瓷涂层)、或具有与n高相比为低折射率的另一种合适介质。利用具有较低折射率的材料围绕高折射率区域132使得波导130能够用作光波导。例如，注入到高折射率区域132中的光在传播方向(例如，在长度方向或X方向)上传播通过高折射率区域。
在一些实施例中，该一个或多个波导包括设置在表面层104内的多个波导。例如，在图1所示的实施例中，该一个或多个波导包括波导130和与波导130相邻的第二波导130a。第二波导130a包括至少部分地被低折射率区域134围绕的第二高折射率区域132a。例如，第二高折射率区域132a包括第二高折射率通道，并且低折射率区域134包括设置在相邻通道之间的低折射率基质。高折射率通道在低折射率基质内延伸(例如，沿长度方向或X方向)。
虽然图1所示的实施例被描述为包括设置在表面层104内的两个波导，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，该一个或多个波导包括设置在表面层内的确定数量的波导(例如，三个、四个或更多个)。波导可以具有相同的配置(例如，形状和/或尺寸)或不同的配置。
在一些实施例中，光波导制品10包括长度(例如X方向上)、宽度(例如Y方向上)和厚度(例如Z方向上)。长度是光波导制品10的最大尺寸，并且厚度是光波导制品的最小尺寸。光波导制品10的长度和/或宽度比光波导制品的厚度大至少10倍、至少100倍或至少1000倍。因此，光波导制品10可以被描述为平面光波导、平板光波导或条形光波导，以区别于光纤波导。在各种实施例中，光波导制品10可以是非平面的。因此，光波导制品10的长度、宽度或厚度中的一个或多个可以是非线性的或弯曲的。
虽然本文将高折射率区域132描述为包括多个高折射率通道，并且将低折射率区域134描述为包括设置在相邻通道之间的低折射率基质，但是其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，高折射率区域包括一个或多个点、曲线、分支通道、另一种合适的形状或其组合。在各种实施例中，高折射率区域包括使得光能够沿期望路径传播并通过的形状。
光波导制品10和/或玻璃层叠结构100的厚度可以测量为其相对的外表面(例如，外表面108和110)之间的距离。在一些实施例中，光波导制品10和/或玻璃层叠结构100包括至少约0.05mm、至少约0.1mm、至少约0.2mm或至少约0.3mm的厚度。另外地或可替代地，光波导制品10和/或玻璃层叠结构100包括至多约2mm、至多约1.5mm、至多约1mm、至多约0.7mm、或至多约0.5mm的厚度。在一些实施例中，基层102的厚度与玻璃层叠结构100的厚度的比率为至少约0.1、至少约0.2、至少约0.3、至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、至少约0.8、至少约0.85、至少约0.9、或至少约0.95。另外地或可替代地，基层102的厚度与玻璃层叠结构100的厚度的比率为至多约0.95、至多约0.93、至多约0.9、至多约0.87、至多约0.85、至多约0.8、至多约0.7、至多约0.6、至多约0.5、至多约0.4、至多约0.3、或至多约0.2。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106中的每一个的厚度为约0.01mm至约0.3mm。
波导130(例如，波导的高折射率区域132)包括次要(minor)尺寸。次要尺寸是波导130的最小尺寸。例如，图1所示的波导130的次要尺寸是波导在Y方向上的宽度W波导，并且图6所示的掩埋波导130的次要尺寸是波导在Z方向上的高度H波导。在一些实施例中，波导130的次要尺寸为约1μm至约10μm。这种次要尺寸对于将波导用作单模波导(例如，用于操作约0.3μm至约1.7μm的波长)可能是有益的。在其他实施例中，波导130的次要尺寸为约20μm至约200μm。这种次要尺寸对于将波导用作多模波导(例如，用于操作约0.3μm至约1.7μm的波长)可能是有益的。
虽然图1所示的实施例被描述为包括表面层104中的波导，但其他实施例也包括在本公开中。例如，在其他实施例中，光波导制品包括设置在第二表面层中的一个或多个波导。可以如本文针对在表面层中形成波导所描述的那样在第二表面层中形成波导。另外或替代地，可以将额外的层和/或涂层施加到第二表面层的外表面，如本文关于表面层所描述的。另外或替代地，设置在第二层中的波导可以具有与设置在表面层中的波导相同或不同的配置(例如，尺寸和图案)。包括设置在表面层和第二表面层的每一个中的波导的光波导制品对在相对小的空间中堆叠多个波导层(例如，在集成光学应用中)可能是有益的。
在一些实施例中，用于形成光波导制品的方法包括在玻璃层叠结构的表面层中形成波导。图2是在表面层104中形成波导130之前的玻璃层叠结构100的横截面示意图。基层102的第一玻璃组合物包括基础折射率n基。表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括与n基不同的表面折射率n表面。例如，n基和n表面相差至少约0.001和/或满足等式|n表面-n基|≥0.001。在图2所示的实施例中，n基小于n表面。在其他实施例中，n基大于n表面。
基层102的第一玻璃组合物包括基础离子交换扩散率D基。表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括大于D基的表面离子交换扩散率D表面。因此，表面层104和/或第二表面层106是可离子交换的。在一些实施例中，D基基本上为零。因此，基层102是基本上不可离子交换的或不可离子交换的。在其他实施例中，D基大于零。因此，基层102是可离子交换的，但程度小于表面层104和/或第二表面层106。在一些实施例中，离子交换扩散率D基和D表面包括关于如本文所描述的折射率增加离子和折射率降低离子的离子交换扩散率。在一些实施例中，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含碱金属或包括碱金属的化合物。例如，第一玻璃组合物不含或基本上不含Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O中的一种或多种。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含Ag或包括Ag的化合物。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含碱土金属或包括碱土金属的化合物。例如，第一玻璃组合物不含或基本上不含BeO、MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种。D基和D表面之间的差异可以使得能够使用如本文所描述的离子交换过程在表面层中形成波导结构。与表面层104相比，基层102的相对低的离子交换扩散率可以使得基层能够充当离子交换屏障，其限制离子在本文所描述的离子交换处理期间在玻璃层叠结构100内穿透的深度。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括光敏组分。例如，基层102的第一玻璃组合物和/或表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括光敏组分。在一些实施例中，表面层104的第二玻璃组合物包括光敏组分，使得在第二层中形成波导130之后，高折射率区域132包括光敏组分。可以将高折射率区域132暴露于辐射(例如，紫外光)以在其中形成图案。例如，图案包括布拉格光栅、衍射光栅或其他合适的光学图案。在一些实施例中，光敏组分包括Ce、光敏金属或其组合。光敏金属包括例如Ag、Au、Cu或其组合。Ce和/或光敏金属可以处于+1氧化态(例如，Ce2O3或AgNO3)。Ce可以用作敏化剂离子，其能够响应于玻璃层叠结构暴露于辐射而被氧化和释放电子。响应于玻璃层叠结构暴露于辐射和/或使玻璃层叠结构经受显影处理，光敏金属可以被还原以形成胶体金属颗粒。例如，具有光敏组分的高折射率区域132包括光敏玻璃。光敏玻璃的示例包括，例如，FOTALITETM或FOTAFORMTM，各自来自纽约州康宁市的康宁公司。
可以使用合适的工艺形成玻璃层叠结构，诸如，例如熔合拉制工艺、下拉工艺、槽拉工艺、上拉工艺或浮法工艺。在一些实施例中，使用熔合拉制工艺形成玻璃层叠结构。图3是溢流分配器200的一个示例性实施例的横截面示意图，该溢流分配器200可用于形成玻璃层叠结构，诸如，例如玻璃层叠结构100。溢流分配器200可以如美国专利第4,214,886号中所描述那样配置，该专利的全部内容通过引用合并于此。例如，溢流分配器200包括下溢流分配器220和位于下溢流分配器上方的上溢流分配器240。下溢流分配器220包括槽(trough)222。将第一玻璃组合物224熔化并以粘性状态馈送到槽222中。第一玻璃组合物224形成玻璃层叠结构100的基层102，如下面进一步描述的。上溢流分配器240包括槽242。将第二玻璃组合物244熔化并以粘性状态馈送到槽242中。第二玻璃组合物244形成玻璃层叠结构100的表面层104和第二表面层106，如下面进一步描述的。
第一玻璃组合物224从槽222溢出并沿下溢流分配器220的相对的外成形表面226和228向下流动。外成形表面226和228汇集在拉制线230处。沿着下溢流分配器220的相应外成形表面226和228向下流动的第一玻璃组合物224的单独流汇集在拉制线230处，这些单独流在拉制线230处熔合在一起以形成玻璃层叠结构100的基层102。
第二玻璃组合物244从槽242溢出并沿上溢流分配器240的相对的外成形表面246和248向下流动。第二玻璃组合物244由上溢流分配器240向外偏转，使得第二玻璃组合物围绕下溢流分配器220流动并接触在下溢流分配器的外成形表面226和228上流动的第一玻璃组合物224。将第二玻璃组合物244的单独流熔合到沿着下溢流分配器220的相应外成形表面226和228流动的第一玻璃组合物224的相应的单独流中。在第一玻璃组合物224的流在拉制线230处汇集时，第二玻璃组合物244形成玻璃层叠结构100的表面层104和第二表面层106。
在一些实施例中，处于粘性状态的基层102的第一玻璃组合物224与处于粘性状态的表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物244接触以形成层叠片。在一些这样的实施例中，层叠片是远离如图3所示的下溢流分配器220的拉制线230行进的玻璃带的一部分。可以通过合适的装置(包括例如重力和/或牵引辊)将玻璃带从下溢流分配器220拉开。玻璃带在离开下溢流分配器220行进时冷却。切断玻璃带以从其分离出层叠片。因此，从玻璃带切割出层叠片。可以使用合适的技术切断玻璃带，诸如，例如划刻、弯曲、热冲击和/或激光切割。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括如图1-图2所示的层叠片。在其他实施例中，可以进一步加工层叠片(例如，通过切割或模塑)以形成玻璃层叠结构100。
尽管图1-图2所示的玻璃层叠结构100包括三层，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，玻璃层叠结构可具有确定数量的层，诸如两层、四层或更多层。例如，包括两层(例如，基层和表面层)的玻璃层叠结构可以使用两个溢流分配器来形成，这两个溢流分配器定位成使得两个层在离开溢流分配器的相应的拉制线行进的同时被接合(join)，或者可以使用具有分开的槽的单个溢流分配器来形成，该分开的槽使得两股玻璃组合物在溢流分配器的相对的外成形表面上流动并在溢流分配器的拉制线处汇集。可以使用额外的溢流分配器和/或使用具有分开的槽的溢流分配器来形成包括四层或更多层的玻璃层叠结构。因此，通过相应地修改溢流分配器，可以形成具有所确定数量的层的玻璃层叠结构。
尽管图1-图2所示的玻璃层叠结构100包括层叠片，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括层叠管，该层叠管包括多个管状层(例如，由一个或多个环形孔形成或通过将层叠玻璃片弯曲或轧制成管状配置来形成)或者包括层叠棒，该层叠棒包括由一个或多个管状包层围绕的基本上实心的芯层。例如，层叠管的局部横截面包括与图1-图2所示的玻璃层叠结构相类似的玻璃层叠结构。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括成形玻璃层叠结构(例如，通过对层叠片进行成形或模塑来形成)。
在一些实施例中，基层102的第一玻璃组合物和/或表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约30千泊(kP)、至少约50kP、至少约100kP、至少约200kP、或至少约300kP的液相粘度。在一些实施例中，第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物包括适于使用如本文所描述的熔合拉制工艺形成玻璃层叠结构100的液相粘度。例如，基层102的第一玻璃组合物包括至少约100kP、至少约200kP、或至少约300kP的液相粘度。另外或替代地，第一玻璃组合物包括至多约3000kP、至多约2500kP、至多约1000kP、或至多约800kP的液相粘度。另外或替代地，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约50kP、至少约100kP、或至少约200kP的液相粘度。另外或替代地，第二玻璃组合物包括至多约3000kP、至多约2500kP、至多约1000kP、或至多约800kP的液相粘度。第一玻璃组合物可有助于在溢流分布器上承载第二玻璃组合物以形成(多个)表面层。因此，第二玻璃组合物可以包括低于通常认为适合于使用熔合拉制工艺形成单层片材的液相粘度的液相粘度。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100被机械强化。例如，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括与基层102的第一玻璃组合物不同的CTE。玻璃层叠结构100的直接相邻的层之间的这种CTE对比可以导致玻璃层叠结构的机械强化。例如，表面层104和第二表面层106由具有比基层102的玻璃组合物(例如，第一玻璃组合物)低的CTE的玻璃组合物(例如，第二玻璃组合物)形成。与基层102相比，表面层104和第二表面层106的相对较低的CTE导致在冷却玻璃层叠结构100时在表面层中形成压缩应力和在基层中形成拉伸应力。因此，基层102的CTE与表面层104和第二表面层106的CTE之间的差异在表面层中产生压缩应力，由此玻璃层叠结构100被机械强化。在表面层是玻璃层叠结构的外层的实施例中，表面层中的这种压缩应力通过抵抗存在于玻璃层叠结构外表面处的缺陷的传播而有利于玻璃层叠结构的强度。在各种实施例中，第一表面层和第二表面层中的每一个独立地可以具有比基层更高的CTE、更低的CTE或基本相同的CTE。包括表面层104和第二表面层106两者可有助于保护可处于拉伸应力下的基层102，和/或防止玻璃层叠结构100的翘曲。
在一些实施例中，基层102的CTE和表面层104和/或第二表面层106的CTE相差至少约1×10-7℃-1，至少约2×10-7℃-1，至少约3×10-7℃-1，至少约4×10-7℃-1，至少约5×10-7℃-1，至少约10×10-7℃-1，至少约15×10-7℃-1，至少约20×10-7℃-1，至少约25×10-7℃-1，或至少约30×10-7℃-1。另外或替代地，基层102的CTE与表面层104和/或第二表面层106的CTE相差至多约100×10-7℃-1，至多约75×10-7℃-1，至多约为50×10-7℃-1，至多约40×10-7℃-1，至多约30×10-7℃-1，至多约20×10-7℃-1，至多约10×10-7℃-1，至多约9×10-7℃-1，至多约8×10-7℃-1，至多约7×10-7℃-1，至多约6×10-7℃-1，或至多约5×10-7℃-1。例如，在一些实施例中，基层102的CTE与表面层104和/或第二表面层106的CTE相差约1×10-7℃-1至约10×10-7℃-1或者约1×10-7℃-1至约5×10-7℃-1。在一些实施例中，表面层和/或第二表面层的第二玻璃组合物包括至多约90×10-7℃-1、至多约89×10-7℃-1、至多约88×10-7℃-1、至多约80x10-7℃-1、至多约70×10-7℃-1、至多约60×10-7℃-1、至多约50×10-7℃-1、至多约40×10-7℃-1、或至多约35×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约10×10-7℃-1、至少约15×10-7℃-1、至少约25×10-7℃-1、至少约30×10-7℃-1、至少约40×10-7℃-1、至少约50×10-7℃-1、至少约60×10-7℃-1、至少约70×10-7℃-1、至少约80×10-7℃-1、或至少约85×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物包括至少约40×10-7℃-1、至少约50×10-7℃-1、至少约55×10-7℃-1、至少约65×10-7℃-1、至少约70×10-7℃-1、至少约80×10-7℃-1、或至少约90×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物包括至多约120×10-7℃-1、至多约110×10-7℃-1、至多约100×10-7℃-1、至多约90×10-7℃-1、至多约75×10-7℃-1、或至多约70×10-7℃-1的CTE。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成波导包括将掩模应用于玻璃层叠结构的表面。图4是玻璃层叠结构100的横截面示意图，其中掩模140被施加到表面层104的外表面108。掩模140覆盖表面层104的外表面108的一部分。表面层104的外表面108的被覆盖部分对应于波导130的预期波导图案。例如，掩模140包括对应于波导130的高折射率区域132的预期图案的形状。在图4所示的实施例中，掩模140包括对应于波导130和第二波导130a(图1)的多个高折射率通道的多条线。在其他实施例中，掩模包括一个或多个点、曲线、分支通道、其他合适的形状或其组合。表面层104的外表面108的未被掩模140覆盖的剩余部分对应于低折射率区域134的预期图案。
在使玻璃层叠结构经受离子交换处理以在表面层中形成如本文所描述的波导时，掩模140用作离子交换屏障。因此，掩模140包括抑制表面层104的外表面108的被覆盖部分处的离子交换的材料。例如，掩模包括金属材料(例如，钛或铝)、聚合物材料或另一种合适的离子交换屏障材料。可以使用例如溅射(例如，离子辅助溅射)、蒸发(例如，电子束蒸发或热蒸发)、气相沉积(例如，化学或物理气相沉积，包括等离子体化学气相沉积)、印刷(例如，凹版印刷或丝网印刷)、光刻或其他合适的沉积工艺将掩模140施加到表面层104的外表面108。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成波导包括使玻璃层叠结构经受选择性离子交换处理以在表面层内形成低折射率区域。例如，使其上施加有掩模140的玻璃层叠结构110的表面层104经受离子交换处理，以选择性地降低表面层的一部分中的折射率并形成低折射率区域134而基本上不降低表面层的对应于高折射率区域132的剩余部分的折射率。选择性地使表面层104的外表面108的未被覆盖部分经受离子交换处理使得能够形成包括期望图案的高折射率区域134。图5是在将掩模140施加到表面层104的外表面108并且选择性地使表面层的外表面的未覆盖或暴露部分经受离子交换处理之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括足够高浓度的折射率增加离子(例如，K+或Ag+离子)，其与包括折射率降低离子(例如，Na+)的离子交换介质的离子交换处理降低经离子交换的区域内的表面层和/或第二表面层的折射率。
在一些实施例中，离子交换处理包括将离子交换介质施加到玻璃层叠结构100的外表面108。离子交换介质包括溶液、糊剂、凝胶、液体、蒸气、等离子体或包括折射率降低离子的另一种合适介质，该折射率降低离子将与玻璃基质(例如，表面层104的玻璃基质)中的折射率增加离子进行交换。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括碱铝硅酸盐玻璃。因此，表面层104中的折射率增加离子和离子交换介质中的折射率降低离子可以是一价碱金属阳离子(例如，Li+、Na+、K+、Rb+、和/或Cs+)。或者，表面层104中的一价阳离子可以用除碱金属阳离子之外的一价阳离子(例如，Ag+等)代替。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括碱土铝硅酸盐玻璃。因此，表面层104中的折射率增加离子和离子交换介质中的折射率降低离子可以是二价碱土金属阳离子(例如，Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、和/或Ba2+)。在一些实施例中，离子交换介质包括熔盐溶液，并且离子交换处理包括将玻璃层叠结构浸入熔融盐浴中，该熔融盐浴包括折射率降低离子(例如，Na+)，其将与表面层104的玻璃基质中的折射率增加离子(例如，K+)交换。在一些实施例中，熔融盐浴包括折射率降低离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴包括熔融的NaNO3。另外或替代地，熔融盐浴的温度为约380℃至约450℃，浸渍时间为约2小时至约16小时。
在一些实施例中，离子交换处理可能影响光波导制品10的强度。例如，用离子交换介质中的Na+离子交换玻璃基质中的K+离子可以降低表面层104的至少一部分中的压缩应力。在一些实施例中，如本文所描述(例如，通过CTE失配)机械强化玻璃层叠结构100。即使在离子交换处理之后，这种机械强化也足以使表面层104保持压缩。
通过在外表面108的未被覆盖部分处用折射率降低离子替换表面层104的玻璃基质中的折射率增加离子，表面层的一部分的折射率被减小以形成低折射率区域134。例如，在离子交换处理期间，来自离子交换介质的折射率降低离子扩散到表面层104的外表面108的未被覆盖部分中，并且来自玻璃基质的折射率增加离子从表面层的外表面的未被覆盖部分扩散出。因此，表面层104的未被覆盖部分(以及发生离子交换的未被覆盖部分下方的相应部分)包括表面层的经离子交换的区域，并且表面层的其余部分包括表面层的未离子交换区域。经离子交换的区域中增加的折射率降低离子浓度降低了经离子交换的区域中的表面层104的折射率，而基本上不降低未离子交换区域中的表面层的折射率。
如图5所示，低折射率区域134具有由来自表面层104的外表面108的离子交换产生的弯曲或非线性形状。这种非线性形状是离子交换是在多个维度上发生的扩散过程的结果，导致在掩模140的边缘下方发生一定程度的离子交换。例如，增加离子交换处理的时间和/或温度可以增加低折射率区域134向掩模140下方延伸的距离。在一些实施例中，高折射率区域132的次要尺寸(例如，Y方向上的宽度)为至多约10μm、至多约5μm、或至多约2μm。例如，对于单模光波导应用，这种小的次要尺寸可能是有用的。通过从表面层104中的高折射率玻璃开始并且使用离子交换来降低表面层的选定区域中的折射率，使得掩模140不必具有与高折射率区域134的次要尺寸一样小的次要尺寸(例如，Y方向上的宽度)。相反，掩模140可以具有较大的次要尺寸，并且可以以这样的方式进行离子交换处理，来控制低折射率区域134在掩模下方延伸的程度，以实现具有期望的次要尺寸的高折射率区域132。使用较宽的掩模来实现较窄的高折射率区域的能力能够降低将掩模沉积在表面层的外表面上的复杂性，同时实现具有期望尺寸的波导。
基层102是基本上不可离子交换的或不可离子交换的，如本文所描述。因此，基层102用作离子交换屏障，其防止越过表面层104的玻璃层叠结构100深处的离子交换。这种离子交换屏障可以使高折射率区域132的厚度(例如，沿Z方向)能够独立于高折射率区域的宽度(例如，Y方向上)被控制。因此，可以调节离子交换处理以实现如本文所描述的高折射率区域的期望宽度，而不增加高折射率区域的高度。独立控制高折射率区域的横截面尺寸可以实现具有有益的性能特性的光波导。另外或替代地，基层102的低离子交换扩散率可以防止存在于高折射率区域132中的折射率增加离子越过表面层104和基层之间的界面扩散到玻璃层叠结构100更深处。这种离子交换屏障可以帮助在离子交换处理、额外的离子交换处理(例如，本文所描述的第二离子交换处理)和/或其他加工处理期间保持高折射率区域的形状。
在包括第二表面层的实施例中，第二表面层可包括与表面层相同或不同的玻璃组合物或由该玻璃组合物形成。例如，第二表面层106可以由表面层104的第二玻璃组合物或如本文所描述的第三玻璃组合物形成。因此，在任何离子交换处理之前，第二表面层可具有高于或低于基层的折射率。在第二表面层的玻璃组合物的折射率小于n基的实施例中，可以不执行第二表面层的额外处理(例如，离子交换)，因为传播通过基层的光将不倾向于从相对高折射率的基层泄漏到相对低折射率的第二表面层中。或者，在第二表面层的玻璃组合物的折射率大于n基的实施例中，第二表面层的额外处理可有利于防止传播通过基层的光泄漏到第二表面层中并潜在地从玻璃层叠结构泄漏出。在一些实施例中，使第二表面层经受离子交换处理以降低第二表面层的至少一部分的折射率。例如，除了没有掩模之外，第二表面层经受如本文参照表面层106所描述的离子交换处理。因此，在离子交换处理期间暴露第二表面层的整个或基本上整个外表面，使得第二表面层的至少一部分的折射率降低至小于n基。例如，第二表面层的所有或基本上所有部分包括低折射率区域。另外或替代地，第二表面层包括包括折射率梯度的经离子交换的区域。例如，经离子交换的区域的折射率在外表面附近最高，并且在朝向基层的向内方向上降低(例如，作为折射率降低离子从外表面扩散到第二表面层中的结果)。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成波导包括掩埋波导或掩埋高折射率区域。
在一些实施例中，掩埋波导或掩埋高折射率区域包括延伸低折射率区域以占据表面层的表面区域。例如，其中形成有低折射率区域134并从中移除了掩模140的玻璃层叠结构110的表面层104经受第二离子交换处理以延伸低折射率区域以便占据表面层的设置在表面层的高折射率区域132和外表面108之间的表面区域。图6是在其中形成低折射率区域134、从表面层104的外表面108去除掩模140、并使表面层的外表面经受第二离子交换处理之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。可以如上文关于离子交换处理所述那样执行第二离子交换处理。然而，调节第二离子交换处理的条件(例如，时间和/或温度)，使得在第二离子交换处理期间折射率降低离子扩散到的深度(例如，在Z方向上)比在离子交换处理期间折射率降低离子扩散到的深度浅。因此，低折射率区域134被延伸，使得高折射率区域132通过图6所示的低折射率区域来与第二层104的外表面108分离。
在一些实施例中，掩埋波导或掩埋高折射率区域包括用低折射率材料涂覆表面层的外表面。图7是在其中形成低折射率区域134、从表面层104的外表面108去除掩模140、并将低折射率涂层150施加到表面层的外表面之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。低折射率涂层包括折射率小于n高(例如，至少比n高小0.001)的低折射率材料。低折射率材料包括例如玻璃材料、聚合物材料、金属材料、另一种合适的低折射率材料或其组合。在一些实施例中，低折射率涂层包括透明导体、半导体、电光学器件或液晶。可以使用例如溅射(例如，离子辅助溅射)、蒸发(例如，电子束蒸发或热蒸发)、气相沉积(例如，化学或物理气相沉积，包括等离子体化学气相沉积)、印刷(例如，凹版印刷或丝网印刷)、光刻或其他合适的沉积工艺将低折射率涂层150施加到表面层104的外表面108。在一些实施例，诸如低折射率涂层150包括聚合物材料的实施例中，低折射率层包括一种或多种掺杂剂。这种掺杂剂可以提供功能。例如，这种掺杂剂包括荧光染料掺杂剂、有机非线性光学聚合物或电光材料，诸如液晶。在一些实施例，诸如低折射率涂层150包括玻璃材料的实施例中，低折射率涂层包括一种或多种稀土掺杂剂。可以将低折射率涂层施加到玻璃层叠结构的整个或基本整个外表面上，如图7所示，或者选择性地施加到玻璃层叠结构的外表面的仅一部分上。例如，可以将低折射率涂层选择性地施加到外表面的高折射率区域(例如，波导)，使外表面的低折射率区域不被涂层覆盖。
在一些实施例中，掩埋波导或掩埋高折射率区域是作为在玻璃层叠结构的表面层中形成波导的一部分来执行的。例如，可以选择掩模的尺寸和离子交换条件，使得在使玻璃层叠结构经受选择性离子交换处理以在表面层内形成低折射率区域期间，高折射率区域被掩埋在表面层内。图8是在其中形成低折射率区域134之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。图8所示的掩模140比图4-图5所示的掩模小(例如，窄)。离子交换处理在一定温度下执行一定时间，使得在离子交换处理期间在掩模140的相对侧上形成的低折射率区域134在掩模140下方接合，以形成整体的低折射率区域。整体的低折射率区域设置在表面层104的高折射率区域132和外表面108之间，使得波导被掩埋在表面层内。
掩埋波导或掩埋高折射率区域可以帮助确保高折射率区域被具有较低折射率的材料完全围绕，这能够改善光波导制品的性能。
在各种实施例中，玻璃层叠结构100的一层或多层(例如，基层102、表面层104、和/或第二表面层106)包括一种或多种掺杂剂。这种掺杂剂可以提供功能。例如，这种掺杂剂包括稀土元素(例如，Nd或Er)，其可以有益于波导激光应用。
在各种实施例中，玻璃层叠结构的外表面包括纹理化表面。例如，表面层的外表面掺杂有快速蚀刻材料(例如，在选定的溶剂中具有比表面层的第二玻璃组合物更高的蚀刻速率的玻璃组合物)。可以蚀刻外表面以在波导附近或波导上形成表面特征(例如，腔或沟槽)。在一些实施例中，表面特征填充有一种或多种功能材料。功能材料包括例如散射颗粒、染料(例如，荧光染料或激光染料)、环氧树脂(例如，UV环氧树脂)、电光液体(例如，液晶材料)、或其组合)。在使用中，传播通过波导的光可以与功能材料相互作用，例如，以执行设备功能(例如，以激活设置在表面特征中的功能材料)。
图9是包括形成在其中的腔12的光波导制品10的一个实施例的横截面示意图。例如，腔12包括从表面层104的外表面108朝向基层102向内延伸的空隙或凹陷。另外或替代地，腔12设置在低折射率区域134内。在一些实施例中，通过蚀刻表面层104的外表面108来形成腔12。例如，低折射率区域134在选定的蚀刻剂中比高折射率区域132更可溶，使得将选定的蚀刻剂施加到外表面108去除高折射率区域的一部分以形成腔12。在其他实施例中，腔12可以通过激光烧蚀或另一种合适的材料去除工艺形成。在一些实施例中，光波导制品10包括设置在腔12内的一种或多种功能材料。
在各种实施例中，光波导制品包括如本文所描述的一个或多个涂层(例如，玻璃或聚合物涂层)。在一些实施例中，涂层包括光敏组分。可以将涂层暴露于辐射(例如，紫外光)以在其中形成图案。例如，图案包括布拉格光栅、衍射光栅或其他合适的光学图案。另外或替代地，涂层包括玻璃材料与聚合物材料的混合的混合物。例如，涂层包括可UV固化的聚合物与玻璃纳米颗粒的混合的混合物，该玻璃纳米颗粒的折射率与聚合物匹配。纳米颗粒可包括具有或不具有掺杂剂材料的基础玻璃。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成波导包括使玻璃层叠结构经受选择性离子交换处理以在表面层内形成与低折射率区域相反的高折射率区域。图10是玻璃层叠结构100a的横截面示意图，其中掩模140a被施加到表面层104的外表面108。玻璃层叠结构100a类似于玻璃层叠结构100，除了玻璃层叠结构100a的表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括足够高浓度的折射率降低离子(例如，Na+)，其与包括折射率增加离子(例如，K+或Ag+)的离子交换介质的离子交换处理增加经离子交换的区域内的表面层和/或第二表面层的折射率。
表面层104的外表面108的被掩模140a覆盖的被覆盖部分对应于低折射率区域134的预期图案，并且表面层的外表面的未被掩模覆盖的未被覆盖部分对应于波导130的预期波导图案。例如，掩模140a中的开口142包括对应于波导130的高折射率区域132的预期图案的形状。在图10所示的实施例中，掩模140a中的开口142包括对应于波导130和第二波导130a的多个高折射率通道的多条线。在其他实施例中，掩模中的开口包括一个或多个点、曲线、分支通道、其他合适的形状或其组合。掩模140a可以由本文关于掩模140描述的材料形成和/或使用本文关于掩模140描述的工艺形成。
使其上施加有掩模140a的玻璃层叠结构110a的表面层104经受离子交换处理，以选择性地增加表面层的一部分中的折射率并形成高折射率区域132而基本上不增加表面层的对应于低折射率区域134的剩余部分的折射率。图11是在将掩模140a施加到表面层104的外表面108并且选择性地使表面层的外表面的未覆盖或暴露部分经受离子交换处理之后的玻璃层叠结构100a的横截面示意图。离子交换介质包括折射率增加离子，其将与玻璃基质(例如，表面层104的玻璃基质)中的折射率降低离子交换。在一些实施例中，离子交换介质包括熔盐溶液，并且离子交换处理包括将玻璃层叠结构浸入熔融盐浴中，该熔融盐浴包括折射率增加离子(例如，K+)，其将与表面层104的玻璃基质中的折射率降低离子(例如，Na+)交换。在一些实施例中，熔融盐浴包括折射率增加离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴包括熔融的KNO3。另外或替代地，熔融盐浴的温度为约380℃至约450℃，浸渍时间为约2小时至约16小时。
在离子交换处理期间，来自离子交换介质的折射率增加离子扩散到表面层104的外表面108的未覆盖部分中，并且来自玻璃基质的折射率降低离子从表面层的外表面的未覆盖部分扩散出。经离子交换的区域中增加的折射率增加离子浓度增加了经离子交换的区域中的表面层104的折射率，而基本上不增加未离子交换区域中的表面层的折射率。
在从表面层104中的低折射率玻璃开始并且使用离子交换来增加表面层的选定区域中的折射率的实施例中，掩模140a中的开口142包括小于或等于高折射率区域134的次要尺寸的次要尺寸(例如，Y方向上的宽度)。
基层102可以用作离子交换屏障，其防止越过表面层104的玻璃层叠结构100a深处的离子交换，如本文关于玻璃层叠结构100所描述的。
本文描述的光波导制品可用于各种应用，包括例如集成光学或光电应用、波导激光源、波导开关、耦合器和传感器。
对本领域技术人员显而易见的是在不背离所要求的主题的精神或范围的情况下可做出各种修改和变化。因此，本发明不受限制，除了所要求的主题及其等同物之外。

Claims (22)

1.一种光波导制品，包括：
基层，该基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成；
表面层，该表面层熔合到所述基层并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成；以及
波导，该波导设置在所述表面层内,其中所述波导包括至少部分地被低折射率区域围绕的高折射率区域，其中所述高折射率区域限定路径，其中光被配置为沿着所述路径/在所述路径内传播通过所述表面层，并且其中所述高折射率区域与所述表面层的外表面分离，其中所述表面层中的所述波导是通过离子交换处理形成的；
其中n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001；并且
其中所述基层的所述第一玻璃组合物包括基础热膨胀系数CTE基，所述表面层的所述第二玻璃组合物包括小于CTE基的表面热膨胀系数CTE表面，使得所述表面层处于压缩应力下。
2.如权利要求1所述的光波导制品，其特征在于，
所述高折射率区域包括折射率n高；
所述低折射率区域包括折射率n低；并且
n高和n低满足等式n高–n低≥0.001。
3.如权利要求2所述的光波导制品，其特征在于，n高基本上等于n表面。
4.如权利要求2所述的光波导制品，其特征在于，n低基本上等于n表面。
5.如权利要求2所述的光波导制品，其特征在于，所述低折射率区域包括所述表面层的经离子交换的区域。
6.如权利要求2所述的光波导制品，其特征在于，所述高折射率区域包括所述表面层的经离子交换的区域。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光波导制品，其特征在于，所述第一玻璃组合物包括基础离子交换扩散率D基，并且所述第二玻璃组合物包括大于D基的表面离子交换扩散率D表面。
8.如权利要求7所述的光波导制品，其特征在于，D基和D表面中的每一个包括相对于折射率增加离子和折射率降低离子的离子交换扩散率。
9.如权利要求8所述的光波导制品，其特征在于，所述折射率增加离子包括K+或Ag+中的至少一种。
10.如权利要求8所述的光波导制品，其特征在于，所述折射率降低离子包括Na+。
11.如权利要求1至6中任一项所述的光波导制品，还包括第二表面层，该第二表面层熔合到所述基层并由所述第二玻璃组合物或第三玻璃组合物形成，所述基层设置在所述表面层和所述第二表面层之间。
12.如权利要求11所述的光波导制品，其特征在于，所述第二表面层的所述第二玻璃组合物或所述第三玻璃组合物的热膨胀系数(CTE)小于CTE基，使得所述第二表面层处于压缩应力下。
13.如权利要求1至6中任一项所述的光波导制品，其特征在于，所述基层和所述表面层包括在层叠玻璃片中。
14.一种光波导制品，包括：
层叠玻璃片，该层叠玻璃片包括基层和熔合到所述基层的表面层，所述基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成，所述表面层由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成，n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001；以及
波导，该波导设置在所述表面层内,其中所述波导包括至少部分地被低折射率区域围绕的高折射率区域，其中所述高折射率区域限定路径，其中光被配置为沿着所述路径/在所述路径内传播通过所述表面层，并且其中所述高折射率区域与所述表面层的外表面分离，其中所述表面层中的所述波导是通过离子交换处理形成的，
其中所述基层的所述第一玻璃组合物包括基础热膨胀系数CTE基，所述表面层的所述第二玻璃组合物包括小于CTE基的表面热膨胀系数CTE表面，使得所述表面层处于压缩应力下。
15.如权利要求14所述的光波导制品，其特征在于，
所述低折射率区域或所述高折射率区域中的一个包括所述表面层的经离子交换的区域。
16.一种形成光波导制品的方法，该方法包括：
在玻璃层叠结构的表面层中形成波导，该玻璃层叠结构包括熔合到所述表面层的基层，所述基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成，并且所述表面层由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成,其中所述波导包括至少部分地被低折射率区域围绕的高折射率区域，其中所述高折射率区域限定路径，其中光被配置为沿着所述路径/在所述路径内传播通过所述表面层，并且其中所述高折射率区域与所述表面层的外表面分开，并且其中所述表面层中的所述波导是通过离子交换处理形成的,其中在玻璃层叠结构的表面层中形成波导包括：将所述波导掩埋在所述表面层内，使得所述高折射率区域与所述表面层的外表面分离；
其中n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001，并且其中所述基层的所述第一玻璃组合物包括基础热膨胀系数CTE基，所述表面层的所述第二玻璃组合物包括小于CTE基的表面热膨胀系数CTE表面，使得所述表面层处于压缩应力下。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述表面层中形成所述波导包括：
将掩模应用于所述玻璃层叠结构的外表面，使得所述外表面包括被覆盖部分和未被覆盖部分；以及
选择性地使所述外表面的所述未被覆盖部分经受离子交换处理。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述被覆盖部分对应于所述波导的图案，使得所述表面层的经离子交换的区域的折射率小于所述表面层的未离子交换区域的折射率。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述未被覆盖部分对应于所述波导的图案，使得所述表面层的经离子交换的区域的折射率大于所述表面层的未离子交换区域的折射率。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，掩埋所述波导包括延伸所述表面层的经离子交换的区域以占据所述表面层的表面区域，使得所述表面层的未离子交换区域通过所述经离子交换的区域来与所述表面层的外表面分离。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，掩埋所述波导包括将低折射率涂层施加到所述表面层的外表面。
22.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃层叠结构包括第二表面层，该第二表面层熔合到所述基层并由所述第二玻璃组合物或第三玻璃组合物形成，所述基层设置在所述表面层和所述第二表面层之间。
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