TW201804187A - 具有層壓結構的光波導物件及其形成方法 - Google Patents

Abstract

光波導物件包含基底層及熔融至該基底層的表面層，該基底層由具有折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成，該表面層由具有折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成。波導設置於表面層內。n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。用於形成光波導物件的方法包含在玻璃層壓結構之表面層中形成波導，該玻璃層壓結構包含熔融至該表面層的基底層。基底層由具有折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成。表面層由具有折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成。n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。

Description

具有層壓結構的光波導物件及其形成方法

此申請案主張於2016年7月15日申請之美國臨時申請案序號第62/362870號之優先權之權益，將該案之內容以全文引用方式併入本文。

此揭示案關於光波導，且更特定而言關於具有層壓結構的表面光波導。

可將光波導配置為由低折射率材料環繞高折射率材料。引入波導的光將在高折射率材料內傳播。

可藉由以下步驟生產光波導：從可離子交換的玻璃基板開始，遮蔽基板之表面使得波導之預期路徑被曝露，且將被遮蔽的基板進行離子交換處理以增加曝露的區域之折射率，藉此沿預期路徑形成高折射率材料。

本文揭示具有層壓結構的光波導物件及製造該等光波導物件的方法。

本文揭示的光波導物件包括基底層及熔融至該基底層的表面層，該基底層由具有折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成，該表面層由具有折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成。波導設置於表面層內。n_基底 及n_表面 滿足方程式n_表面 −n_基底 ≥0.001。

本文亦揭示的光波導物件包括層壓玻璃片，該層壓玻璃片包括基底層及熔融至該基底層的表面層。基底層由具有折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成。表面層由具有折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成。n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。波導設置於表面層內。

本文亦揭示形成光波導物件之方法。該方法包括在玻璃層壓結構之表面層中形成波導，該玻璃層壓結構包括熔融至該表面層的基底層。基底層由具有折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成。表面層由具有折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成。n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。

應瞭解，前述一般性描述及以下實施方式兩者僅為示例性的，且意欲提供用以瞭解所主張申請標的之本質及特性的概要或架構。本文包含附圖以提供進一步瞭解，且附圖併入此說明書中且構成此說明書之一部分。圖式繪示一或更多個實施例，且圖式與說明一起用以解釋各種實施例之原理及操作。

現將詳細參照示例性實施例，該等示例性實施例繪示於附圖中。在圖式各處將儘可能使用相同的元件符號來指稱相同或相似的部件。圖式中的部件未必按比例，而是將重點放在說明示例性實施例之原理上。

如本文所使用的，用語「離子交換擴散係數」(ion-exchange diffusivity)指離子交換過程中涉及的離子的交互擴散或相互擴散係數。離子之相互擴散或交互擴散可由菲克(Fick)的第二定律來描述，其在一維中由以下方程式所界定：

其中x為玻璃厚度方向的座標，c 為離子之濃度，例如舉例而言，Na⁺ ，J 為濃度通量(concentration flux)，及D 為如Oxford Science Publications (2001)第二版J. Crank的The Mathematics of Diffusion中所界定的有效相互擴散係數。

如本文所使用的，用語「感光性玻璃」指可承受回應輻射曝露而轉換(transformation)的玻璃，例如玻璃之至少一部分轉換成玻璃陶瓷。感光性玻璃之實例包含但不限於光反應(photoreactive)玻璃及光折變(photorefractive)玻璃。轉換可舉例而言藉由蛋白石化作用(opalization)、藉由折射率的改變或藉由電磁輻射之吸收光譜的改變（例如顏色的改變）來表現。在一些實施例中，輻射包括紫外（UV）輻射。在一些實施例中，曝露於輻射之後為顯影處理（例如，熱處理），以協助產生玻璃之轉換。在一些實施例中，將感光性玻璃曝露於輻射之後進行顯影處理導致感光性玻璃之曝露部分的蛋白石化作用。用語「感光性玻璃」可用於指在未轉換狀態（亦即，在曝露於輻射及/或顯影處理之前）或已轉換狀態（亦即，在曝露於輻射及/或顯影處理之後）下的材料。

如本文所使用的，用語「平均熱膨脹係數」或「平均CTE」指在0°C與300°C之間給定材料或層之平均線性熱膨脹係數。如本文所使用的，除非另有說明，用語「熱膨脹係數」或「CTE」指平均熱膨脹係數。舉例而言，可使用在ASTM E228「Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatometer」或ISO 7991:1987「Glass -- Determination of coefficient of mean linear thermal expansion」中所述的流程來決定CTE。

在本文所述的各種實施例中，玻璃層壓結構包括在玻璃層壓結構內給定深度處的壓縮應力或拉伸應力。可使用任何適合的技術來決定壓縮應力值及/或拉伸應力值，該技術包含舉例而言基於雙折射的量測技術、折射近場（RNF）技術或光彈性量測技術（例如，使用偏振計）。應力量測的示例性標準包含舉例而言ASTM C1422/C1422M - 10「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」及ASTM F218「Standard Method for Analyzing Stress in Glass」。

在各種實施例中，光波導物件包括玻璃層壓結構，該玻璃層壓結構包括基底層及與該基底層相鄰的至少一個表面層。基底層與表面層中之每一層皆為玻璃層，該玻璃層獨立地包括玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或其組合。基底層具有基底折射率n_基底 ，並且表面層具有表面折射率n_表面 。基底折射率n_基底 及表面折射率表面n_表面 指在本文所述的任何離子交換處理之前個別層之折射率。舉例而言，基底層是由具有基底折射率n_基底 的第一玻璃組成物所形成，並且表面層是由具有表面折射率n_表面 的第二玻璃組成物所形成，n_表面 不同於n_基底 。舉例而言，n_基底 與n_表面 差至少約0.001。在一些實施例中，n_基底 小於n_表面 。在其他實施例中，n_基底 大於n_表面 。光波導物件包括設置於玻璃層壓結構之表面層內的至少一個波導。波導包括至少部分地由相對低折射率的一或更多個區域所環繞的相對高折射率的區域。舉例而言，波導包括在表面層之相對低折射率基質內延伸的相對高折射率通道。在一些實施例中，將表面層之一部分之折射率減少以形成波導（例如，以形成相對低折射率基質）。在其他實施例中，將表面層之一部分之折射率增加以形成波導（例如，以形成相對高折射率通道）。可藉由將層壓結構進行離子交換處理來修改表面層之折射率以形成如本文所述的波導。

第 1 圖 為包括玻璃層壓結構100的光波導物件10之一個示例性實施例之剖面示意圖。在一些實施例中，玻璃層壓結構100包括層壓玻璃片，該層壓玻璃片包括複數個玻璃層。層壓玻璃片可如第 1 圖 所示為實質上平面的或為非平面的（例如，彎曲或彎折的）。玻璃層壓結構100包括基底層102及與該基底層相鄰的表面層104。在一些實施例中，玻璃層壓結構100包括與基底層102相鄰的第二表面層106，且如第 1 圖 所示該基底層設置於表面層104與第二表面層之間。在其他實施例中，省略第二表面層。在一些實施例中，如第 1 圖 所示表面層104及/或第二表面層106為外層。舉例而言，表面層104之外表面108作為玻璃層壓結構100之外表面，及/或第二表面層106之外表面110作為該玻璃層壓結構之外表面。在其他實施例中，表面層及/或第二表面層為設置在基底層與外層之間的中間層。在該等實施例中，外層可為外玻璃層、塗層（例如，聚合物、金屬或陶瓷塗層）或另一個適合的層。在一些實施例中，外層包括透明導體、半導體、電光件或液晶。

基底層102包括第一主表面112及與該第一主表面相對的第二主表面114。在一些實施例中，將表面層104熔融至基底層102之第一主表面112。此外，或替代地，將第二表面層106熔融至基底層102之第二主表面114。在該等實施例中，表面層104與基底層102之間的介面及/或第二表面層106與該基底層之間的介面不含任何黏合材料，例如舉例而言，黏合劑、塗層或任何所增加或經配置以將個別的表面層附著至基底層的非玻璃材料。因此，表面層104及/或第二表面層106直接熔融至基底層102或直接與該基底層相鄰。在一些實施例中，玻璃層壓結構包括設置在基底層與表面層之間及/或在基底層與第二表面層之間的一或更多個中間層。舉例而言，中間層包括形成在基底層與表面層之介面處的中間玻璃層及/或擴散層。擴散層可包括混合區域，該混合區域包括與該擴散層相鄰的各層之成分（例如，兩個直接相鄰的玻璃層之間的混合區域）。在一些實施例中，玻璃層壓結構100包括玻璃-玻璃層壓（例如，原位熔融的多層玻璃-玻璃層壓），其中直接相鄰的玻璃層之間的介面為玻璃-玻璃介面。

在一些實施例中，基底層102是由第一玻璃組成物所形成或包括第一玻璃組成物，表面層104及/或第二表面層106是由第二玻璃組成物所形成或包括第二玻璃組成物，第二玻璃組成物與第一玻璃組成物不同。在將玻璃層壓結構進行如本文所述的任何類型的離子交換處理之前，第一玻璃組成物與第二玻璃組成物彼此不同。舉例而言，在第 1 圖 所示的實施例中，基層102包括第一玻璃組成物，並且表面層104及第二表面層106中之各者皆包括第二玻璃組成物。在其他實施例中，表面層包括第二玻璃組成物，並且第二表面層包括第三玻璃組成物，第三玻璃組成物與第一玻璃組成物及/或第二玻璃組成物不同。

光波導物件10包括設置於玻璃層壓結構100之表面層104內的波導130。波導130包括至少部分地被低折射率區域134所環繞或包圍的高折射率區域132。用語「高折射率」及「低折射率」是相對用語，意謂高折射率區域132之折射率n_高 大於低折射率區域134之折射率n_低 。舉例而言，n_高 與n_低 相差至少約0.001及/或滿足方程式n_高 −n_低 ≥0.001。在一些實施例中，波導130包括介於高折射率區域132與低折射率區域134之間的過渡區域。過渡區域之折射率在n_高 與n_低 之間變化。過渡區域可為舉例而言由如本文所述用以形成波導130的離子交換處理所產生的組成物梯度之結果。在一些實施例中，n_高 實質上等於或等於n_表面 。因此，可將表面層104之一部分之折射率減少以形成低折射率區域134，而實質上不會減少如本文所述的高折射率區域132之折射率。在其他實施例中，n_低 實質上等於或等於n_表面 。因此，可將表面層104之一部分之折射率增加以形成高折射率區域132，而實質上不會增加如本文所述的低折射率區域134之折射率。

在第 1 圖 所示的實施例中，高折射率區域132包括高折射率通道，而低折射率區域134包括至少部分環繞該通道的低折射率基質。高折射率通道在低折射率基質內延伸（例如，在長度方向或X方向上）。高折射率通道在相對的側邊上以低折射率基質為界。此外，或替代地，高折射率通道在面向基底層102的基底側上以基底層或低折射率基質為界。此外，或替代地，高折射率通道在與基底側相對且背離基底層102的表面側上以低折射率基質或低折射率介質為界。低折射率介質包括舉例而言空氣、塗層（例如，玻璃、金屬或陶瓷塗層）或與n_高 相比具有低折射率的另一個適合的介質。用具有較低折射率的材料環繞高折射率區域132使得波導130作為光波導。舉例而言，注入高折射率區域132的光在傳播方向上（例如，在長度方向或X方向上）傳播通過高折射率區域。

在一些實施例中，該一或更多個波導包括設置於表面層104內的複數個波導。舉例而言，在第 1 圖 所示的實施例中，該一或更多個波導包括波導130及與波導130相鄰的第二波導130a。第二波導130a包括至少部分地由低折射率區域134所環繞的第二高折射率區域132a。舉例而言，第二高折射率區域132a包括第二高折射率通道，而低折射率區域134包括設置於相鄰通道之間的低折射率基質。高折射率通道在低折射率基質內延伸（例如，在長度方向或X方向上）。

儘管將第 1 圖 所示的實施例描述為包括設置於表面層104內的兩個波導，但本揭示案中包含其他實施例。在其他實施例中，該一或更多個波導包括設置於表面層內的決定數量的波導（例如，三個、四個或更多個）。波導可具有相同的配置（例如，形狀及/或尺寸）或不同的配置。

在一些實施例中，光波導物件10包括長度（例如，在X方向上）、寬度（例如，在Y方向上）及厚度（例如，在Z方向上）。長度為光波導物件10之最大尺度，而厚度為光波導物件之最小尺度。光波導物件10之長度及/或寬度比光波導物件之厚度至少大10倍、至少大100倍或至少大1000倍。因此，可將光波導物件10描述為與光纖波導區分的平面光波導、平板光波導(slab optical waveguide)或帶狀光波導(strip optical waveguide)。在各種實施例中，光波導物件10可為非平面的。因此，光波導物件10之長度、寬度或厚度中之一或更多者可為非線性或彎曲的。

儘管將高折射率區域132描述為包括複數個高折射率通道，且將低折射率區域134描述為包括設置在相鄰通道之間的低折射率基質，但本揭示案中包含其他實施例。在其他實施例中，高折射率區域包括一或更多個點、曲線、分支通道、另一個適合的形狀或其組合。在各種實施例中，高折射率區域包括促使光沿著期望的路徑傳播通過該高折射率區域的形狀。

可將光波導物件10及/或玻璃層壓結構100之厚度量測為相對的外表面（例如，外表面108及外表面110）之間的距離。在一些實施例中，光波導物件10及/或玻璃層壓結構100包括至少約0.05 mm、至少約0.1 mm、至少約0.2 mm或至少約0.3 mm的厚度。此外，或替代地，光波導物件10及/或玻璃層壓結構100包括至多約2 mm、至多約1.5 mm、至多約1 mm、至多約0.7 mm或至多約0.5 mm的厚度。在一些實施例中，基底層102之厚度對於玻璃層壓結構100之厚度之比值為至少約0.1、至少約0.2、至少約0.3、至少約0.4、至少約0.5、至少約0.6、至少約0.7、至少約0.8、至少約0.85、至少約0.9或至少約0.95。此外，或替代地，基底層102之厚度對於玻璃層壓結構100之厚度之比值為至多約0.95、至多約0.93、至多約0.9、至多約0.87、至多約0.85、至多約0.8、至多約0.7、至多約0.6、至多約0.5、至多約0.4、至多約0.3或至多約0.2。在一些實施例中，表面層104及/或第二表面層106中之各者之厚度為從約0.01 mm至約0.3 mm。

波導130（例如，波導之高折射率區域132）包括次要尺度。次要尺度為波導130之最小尺度。舉例而言，第 1 圖 所示的波導130之次要尺度為波導在Y方向上的寬度W_波導 ，第 6 圖 所示的埋入波導130之次要尺度為波導在Z方向上的高度H_波導 。在一些實施例中，波導130之次要尺度為約1 µm至約10 µm。如此的次要尺度對於將波導用作單模波導（例如，針對約0.3 µm至約1.7 µm的操作波長）為有益的。在其他實施例中，波導130之次要尺度為約20 µm至約200 µm。如此的次要尺度對於將波導用作多模波導（例如，針對約0.3 µm至約1.7 µm的操作波長）為有益的。

儘管將第 1 圖 所示的實施例描述為包括在表面層104中的波導130，但本揭示案中包含其他實施例。舉例而言，在其他實施例中，光波導物件包括設置在第二表面層中的一或更多個波導。如本文針對在表面層中形成波導所述的可將波導形成在第二表面層中。此外，或替代地，如本文關於表面層所述的可將額外的層及/或塗層施加至第二表面層之外表面。此外，或替代地，設置在第二層中的波導可具有與設置在表面層中的波導相同或不同的配置（例如，尺寸及圖案）。包括設置在表面層及第二表面層中之各者中的波導的光波導物件對於在相當小的空間（例如，在積體光學應用中）堆疊多個波導層為有利的。

在一些實施例中，形成光波導物件的方法包含在玻璃層壓結構之表面層中形成波導。第 2 圖 為於表面層104中形成波導130之前玻璃層壓結構100之剖面示意圖。基底層102之第一玻璃組成物包括基底折射率n_基底 。表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括與n_基底 不同的表面折射率n_表面 。舉例而言，n_基底 與n_表面 相差至少約0.001及/或滿足方程式|n_表面 -n_基底 |≥0.001。在第 2 圖 所示的實施例中，n_基底 小於n_表面 。在其他實施例中，n_基底 大於n_表面 。

基底層102之第一玻璃組成物包括基底離子交換擴散係數D_基底 。表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括表面離子交換擴散係數D_表面 ，D_表面 大於D_基底 。因此，表面層104及/或第二表面層106為可離子交換的。在一些實施例中，D_基底 實質上為零。因此，基底層102實質上為不可離子交換的或非可離子交換的。在其他實施例中，D_基底 大於零。因此，基底層102為可離子交換的，但比表面層104及/或第二表面層106更小的程度。在一些實施例中，離子交換擴散係數D_基底 及D_表面 包括關於本文所述的折射率增加離子及折射率減少離子的離子交換擴散係數。在一些實施例中，基底層102之第一玻璃組成物不含或實質上不含鹼金屬或包含鹼金屬的化合物。舉例而言，第一玻璃組成物不含或實質上不含Li₂ O、Na₂ O、K₂ O、Rb₂ O及Cs₂ O中之一或更多者。此外，或替代地，基底層102之第一玻璃組成物不含或實質上不含Ag或包括Ag的化合物。此外，或替代地，基底層102之第一玻璃組成物不含或實質上不含鹼土金屬或包括鹼土金屬的化合物。舉例而言，第一玻璃組成物不含或實質上不含BeO、MgO、CaO、SrO及BaO中之一或更多者。D_基底 與D_表面 之間的差可促使使用本文所述的離子交換過程於表面層中形成波導結構。與表面層104相比，基底層102之相對低的離子交換擴散係數可促使基底層充當離子交換阻障，該離子交換阻障限制在如本文所述的離子交換處理期間離子於玻璃層壓結構100內所穿透的深度。

在一些實施例中，玻璃層壓結構100包括感光性成分。舉例而言，基底層102之第一玻璃組成物及/或表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括感光性成分。在一些實施例中，表面層104之第二玻璃組成物包括感光性成分，使得在第二層中形成波導130之後，高折射率區域132包括感光性成分。可將高折射率區域132曝露於輻射（例如，紫外光）以在該高折射率區域中形成圖案。舉例而言，該圖案包括布拉格光柵、繞射光柵或另一個適合的光學圖案。在一些實施例中，感光性成分包括Ce、感光性金屬或其組合。感光性金屬包括舉例而言Ag、Au、Cu或其組合。Ce及/或感光性金屬可處於+1氧化態（例如，Ce₂ O₃ 或AgNO₃ ）。Ce可作為回應於玻璃層壓結構曝露於輻射而能被氧化及釋放電子的敏化劑(sensitizer)離子。回應於玻璃層壓結構曝露於輻射及/或使玻璃層壓結構進行顯影處理，可將感光性金屬還原以形成膠體金屬顆粒。舉例而言，具有感光性成分的高折射率區域132包括感光性玻璃。感光性玻璃之實例包含，舉例而言，皆來自紐約州康寧市康寧公司的FOTALITE^TM 或FOTAFORM^TM 。

可使用適合的製程形成玻璃層壓結構，例如，舉例而言，熔融拉伸(fusion draw)、下拉(down draw)、流孔拉伸(slot draw)、上拉(up draw)或浮式製程(float process)。在一些實施例中，使用熔融拉伸製程形成玻璃層壓結構。第 3 圖 為可用以形成玻璃層壓結構例如舉例而言玻璃層壓結構100的溢流分配器200之一個示例性實施例之剖面示意圖。溢流分配器200可經如美國專利案第4,214,886號中所描述的方式配置，該案以全文引用方式併入本文。舉例而言，溢流分配器200包括下溢流分配器220及位於該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。第一玻璃組成物224熔化並以黏性狀態進料至槽222中。第一玻璃組成物224形成如以下進一步描述的玻璃層壓結構100之基底層102。上溢流分配器240包括槽242。第二玻璃組成物244熔化並以黏性狀態進料到槽242中。第二玻璃組成物244形成如以下進一步描述的玻璃層壓結構100之表面層104及第二表面層106。

第一玻璃組成物224溢出槽222並且沿著下溢流分配器220之相對的外成形表面226及228流下。外成形表面226及228在拉製線(draw line)230處聚集。沿著下溢流分配器220之相應的外成形表面226及228流下的第一玻璃組成物224之個別流聚集在拉製線230處，在該處該等個別流被熔融在一起以形成玻璃層壓結構100之基底層102。

第二玻璃組成物244溢出槽242並且沿著上溢流分配器240之相對的外成形表面246及248流下。第二玻璃組成物244藉由上溢流分配器240向外偏轉，使得第二玻璃組成物繞下溢流分配器220流動並接觸流過下溢流分配器之外成形表面226及228的第一玻璃組成物224。第二玻璃組成物244之個別流被熔融至沿下溢流分配器220之相應的外成形表面226及228流下的第一玻璃組成物224之相應的個別流。當第一玻璃組成物224之流在拉製線230處聚集時，第二玻璃組成物244形成玻璃層壓結構100之表面層104及第二表面層106。

在一些實施例中，黏性狀態的基底層102之第一玻璃組成物224與黏性狀態的表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物244接觸以形成層壓片。在該等實施例之一些實施例中，層壓片為如第 3 圖 所示從下溢流分配器220之拉製線230行進離開的玻璃帶之一部分。可藉由適合的手段包含舉例而言重力及/或牽引滾輪將玻璃帶從下溢流分配器220拉出。當玻璃帶行進離開下溢流分配器220時，該玻璃帶冷卻。將玻璃帶切斷以從該玻璃帶分離出層壓片。因此，從玻璃帶切割出層壓片。可使用適合的技術例如舉例而言劃線、彎折、熱衝擊及/或雷射切割來切斷玻璃帶。在一些實施例中，如第 1 圖 ~第 2 圖 所示玻璃層壓結構100包括層壓片。在其他實施例中，可進一步處理層壓片（例如，藉由切割或模製）以形成玻璃層壓結構100。

儘管如第 1 圖 ~第 2 圖 所示玻璃層壓結構100包括三層，但本揭示案中包含其他實施例。在其他實施例中，玻璃層壓結構可具有決定的層數，例如兩層、四層或更多層。舉例而言，可由以下方式形成包括兩層（例如，基底層及表面層）的玻璃層壓結構：使用兩個溢流分配器，該兩個溢流分配器經定位而使得在行進遠離該等溢流分配器之相應的拉製線的同時兩層接合，或使用具有劃分的槽的單一溢流分配器，使得兩個玻璃組成物流過該溢流分配器之相對的外成形表面並且在該溢流分配器之拉製線處聚集。可使用額外的溢流分配器及/或使用具有劃分的槽的溢流分配器形成包括四層或更多層的玻璃層壓結構。因此，可藉由對應地修改溢流分配器來形成具有決定的層數的玻璃層壓結構。

儘管如第 1 圖 ~第 2 圖 所示玻璃層壓結構100包括層壓片，但本揭示案中包含其他實施例。在其他實施例中，玻璃層壓結構包括層壓管(laminated tube)或層壓桿(laminated rod)，該層壓管包括多個管狀層（例如，由一或更多個環形孔板所形成或藉由將層壓玻璃片彎折或滾軋成管狀配置），該層壓桿包括由一或更多個管狀包覆層所環繞的實質上實心的芯層。舉例而言，層壓管之局部剖面包括類似於第 1 圖 ~ 第 2 圖 所示的玻璃層壓結構。在其他實施例中，玻璃層壓結構包括成形玻璃層壓結構（例如，藉由成形或模製層壓片所形成）。

在一些實施例中，基底層102之第一玻璃組成物及/或表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括至少約30千泊（kP）、至少約50 kP、至少約100 kP、至少約200 kP或至少約300 kP的液相線黏滯性(liquidus viscosity)。在一些實施例中，第一玻璃組成及/或第二玻璃組成包括適合於使用本文所述的融合拉伸製程形成玻璃層壓結構100的液相線黏滯性。舉例而言，基底層102之第一玻璃組成物包括至少約100 kP、至少約200 kP或至少約300 kP的液相線黏滯性。此外，或替代地，第一玻璃組成物包括至多約3000 kP、至多約2500 kP、至多約1000 kP或至多約800 kP的液相線黏滯性。此外，或替代地，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括至少約50 kP、至少約100 kP或至少約200 kP的液相線黏滯性。此外，或替代地，第二玻璃組成物包括至多約3000 kP、至多約2500 kP、至多約1000 kP或至多約800 kP的液相線黏滯性。第一玻璃組成物可有助於承載在溢流分配器上方的第二玻璃組成物以形成一或更多個表面層。因此，第二玻璃組成物可包括比一般認為適合於使用熔融拉伸製程形成單層片的液相線黏滯性低的液相線黏滯性。

在一些實施例中，玻璃層壓結構100經機械性強化。舉例而言，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括與基底層102之第一玻璃組成物不同的熱膨脹係數（CTE）。玻璃層壓結構100之直接相鄰層之間的如此CTE對比可造成玻璃層壓結構之機械性強化。舉例而言，表面層104及第二表面層106是由具有比基底層102之玻璃組成物（例如，第一玻璃組成物）更低的CTE的玻璃組成物（例如，第二玻璃組成物）所形成。與基底層102相比表面層104及第二表面層106之相對較低的CTE造成當玻璃層壓結構100冷卻時在表面層中的壓縮應力及在基底層中的拉伸應力之形成。因此，基底層102之CTE與表面層104及第二表面層106之CTE之間的差在表面層中產生壓縮應力，藉此將玻璃層壓結構100機械性強化。在其中表面層為玻璃層壓結構之外層的實施例中，藉由抵抗於玻璃層壓結構之外表面處存在的缺陷之傳播，表面層中的該壓縮應力可有利於玻璃層壓結構之強度。在各種實施例中，第一表面層及第二表面層中之各者獨立地可具有比基底層更高的CTE、更低的CTE或實質上相同的CTE。包括表面層104及第二表面層106兩者可幫助保護基底層102（其可能處於拉伸應力下）及/或防止玻璃層壓結構100的翹曲。

在一些實施例中，基底層102之CTE與表面層104及/或第二表面層106之CTE差至少約1x10^‑7 °C^‑1 、至少約2x10^‑7 °C^‑1 、至少約3x10^‑7 °C^‑1 、至少約4x10^‑7 °C^‑1 、至少約5x10^‑7 °C^‑1 、至少約10x10^‑7 °C^‑1 、至少約15x10^‑7 °C^-1 、至少約20x10^‑7 °C^‑1 、至少約25x10^‑7 °C^-1 或至少約30x10^‑7 °C^-1 。此外，或替代地，基底層102之CTE與表面層104及/或第二表面層106之CTE差至多約100x10^-7 °C^-1 、至多約75x10^‑7 °C^-1 、至多約50x10^-7 °C^-1 、至多約40x10^-7 °C^-1 、至多約30x10^-7 °C^-1 、至多約20x10^-7 °C^-1 、至多約10x10^-7 °C^-1 、至多約9x10^-7 °C^-1 、至多約8x10^-7 °C^-1 、至多約7x10^‑7 °C^-1 、至多約6x10^‑7 °C^-1 或至多約5x10^-7 °C^-1 。舉例而言，在一些實施例中，基底層102之CTE與表面層104及/或第二表面層106之CTE差約1x10^-7 °C^-1 至約10x10^-7 °C^-1 或約1x10^-7 °C^-1 至約5x10^‑7 °C^-1 。在一些實施例中，表面層及/或第二表面層之第二玻璃組成物包括至多約90x10^‑7 °C^-1 、至多約89x10^‑7 °C^-1 、至多約88x10^‑7 °C^-1 、至多約80x10^‑7 °C^-1 、至多約70x10^‑7 °C^-1 、至多約60x10^‑7 °C^-1 、至多約50x10^‑7 °C^-1 、至多約40x10^‑7 °C^-1 或至多約35x10^-7 °C^-1 的CTE。此外，或替代地，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括至少約10x10^‑7 °C^‑1 、至少約15x10^‑7 °C^‑1 、至少約25x10^‑7 °C^‑1 、至少約30x10^‑7 °C^‑1 、至少約40x10^‑7 °C^‑1 、至少約50x10^‑7 °C^‑1 、至少約60x10^‑7 °C^‑1 、至少約70x10^‑7 °C^‑1 、至少約80x10^‑7 °C^‑1 或至少約85x10^‑7 °C^‑1 的CTE。此外，或替代地，基底層102之第一玻璃組成物包括至少約40x10^‑7 °C^‑1 、至少約50x10^‑7 °C^-1 、至少約55x10^‑7 °C^-1 、至少約65x10^‑7 °C^-1 、至少約70x10^-7 °C^-1 、至少約80x10^-7 °C^-1 或至少約90x10^‑7 °C^‑1 的CTE。此外，或替代地，基底層102之第一玻璃組成物包括至多約120x10^-7 °C^-1 、至多約110x10^‑7 °C^‑1 、至多約100x10^-7 °C^-1 、至多約90x10^-7 °C^-1 、至多約75x10^-7 °C^-1 或至多約70x10^-7 °C^-1 的CTE。

在一些實施例中，在玻璃層壓結構之表面層中形成波導的步驟包括將遮罩施加至該玻璃層壓結構之表面。第 4 圖 為玻璃層壓結構100具有施加至表面層104之外表面108的遮罩140之剖面示意圖。遮罩140覆蓋表面層104之外表面108之一部分。表面層104之外表面108之覆蓋部分對應於波導130之預期波導圖案。舉例而言，遮罩140包括對應於波導130之高折射率區域132之預期圖案的形狀。在第 4 圖 所示的實施例中，遮罩140包括複數個線，該複數個線對應於波導130及第二波導130a（第 1 圖 ）之複數個高折射率通道。在其他實施例中，遮罩包括一或更多個點、曲線、分支通道、其他適合的形狀或其組合。未被遮罩140覆蓋的表面層104之外表面108的剩餘部分對應於低折射率區域134之預期圖案。

當如本文所述將玻璃層壓結構進行離子交換處理以在表面層中形成波導時，遮罩140作為離子交換阻障。因此，遮罩140包括在表面層104之外表面108之覆蓋部分處抑制離子交換的材料。舉例而言，遮罩包括金屬材料（例如，鈦或鋁）、聚合材料或另一個適合的離子交換阻障材料。可使用舉例而言濺射（例如，離子輔助濺射）、蒸鍍（例如，電子束蒸鍍或熱蒸鍍）、氣相沉積（例如，化學或物理氣相沉積，包含電漿化學氣相沉積）、印刷（例如，凹版印刷或網版印刷）、微影術或其他適合的沉積製程將遮罩140施加至表面層104之外表面108。

在一些實施例中，在玻璃層壓結構之表面層中形成波導的步驟包括將該玻璃層壓結構進行選擇性離子交換處理以在該表面層內形成低折射率區域。舉例而言，將具有施加至玻璃層壓結構110之表面層104的遮罩140的該玻璃層壓結構110之表面層104進行離子交換處理，以選擇性地減少表面層之一部分中的折射率並且形成低折射率區域134，而實質上不減少對應於高折射率區域132的該表面層之剩餘部分之折射率。選擇性地將表面層104之外表面108之未覆蓋部分進行離子交換處理促使形成包含期望的圖案的高折射率區域134。第 5 圖 為在施加遮罩140至表面層104之外表面108以及將該表面層之外表面之未覆蓋部分或曝露部分選擇性地進行離子交換處理之後玻璃層壓結構100之剖面示意圖。在一些實施例中，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括足夠高的濃度的折射率增加離子（例如，K⁺ 離子或Ag⁺ 離子），藉由包括折射率減少離子（例如，Na⁺ ）的離子交換介質的離子交換處理減少離子交換區域內的表面層及/或第二表面層之折射率。

在一些實施例中，離子交換處理包括將離子交換介質施加至玻璃層壓結構100之外表面108。離子交換介質包括溶液、糊漿、凝膠、液體、蒸氣、電漿或包括待與在玻璃基質（例如，表面層104之玻璃基質）中的折射率增加離子進行交換的折射率減少離子的另一個適合的介質。在一些實施例中，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括鹼鋁矽酸鹽(alkali aluminosilicate)玻璃。因此，表面層104中的折射率增加離子及離子交換介質中的折射率減少離子可為一價鹼金屬正離子（例如，Li⁺ 、Na⁺ 、K⁺ 、Rb⁺ 及/或Cs⁺ ）。替代地，表面層104中的一價正離子可用鹼金屬正離子以外的一價正離子代替（例如，Ag⁺ 或類似者）。在一些實施例中，表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括鹼土金屬矽鋁酸鹽(alkaline earth aluminosilicate)玻璃。因此，表面層104中的折射率增加離子及離子交換介質中的折射率減少離子可為二價鹼土金屬正離子（例如，Be²⁺ 、Mg²⁺ 、Ca²⁺ 、Sr²⁺ 及/或Ba²⁺ ）。在一些實施例中，離子交換介質包括熔融鹽溶液，並且離子交換處理包括將玻璃層壓結構浸入包括折射率減少離子（例如，Na⁺ ）的熔融鹽浴中，該等折射率減少離子待與表面層104之玻璃基質中的折射率增加離子（例如，K⁺ ）進行交換。在一些實施例中，熔融鹽浴包括折射率減少離子之鹽（例如，硝酸鹽、硫酸鹽及/或氯鹽）。舉例而言，熔融鹽浴包括熔融NaNO₃ 。此外，或替代地，熔融鹽浴之溫度為從約380°C至約450°C，浸入時間為從約2小時至約16小時。

在一些實施例中，離子交換處理可能影響光波導物件10之強度。舉例而言，將玻璃基質中的K⁺ 離子與離子交換介質中的Na⁺ 離子進行交換可減少表面層104之至少一部分的壓縮應力。在一些實施例中，如本文所述將玻璃層壓結構100機械性地強化（例如，藉由CTE不匹配）。即使在離子交換處理之後，該機械性強化可足以使表面層104維持於壓縮情況下。

藉由以外表面108之未覆蓋部分處的折射率減少離子取代表面層104之玻璃基質中的折射率增加離子，將表面層之一部分之折射率減少以形成低折射率區域134。舉例而言，在離子交換處理期間，來自離子交換介質的折射率減少離子擴散至表面層104之外表面108之未覆蓋部分中，並且來自玻璃基質的折射率增加離子擴散至該表面層之外表面之未覆蓋部分之外。因此，表面層104之未覆蓋部分（以及進行離子交換的未覆蓋部分下方的相應部分）包括表面層之離子交換區域，並且該表面層之其餘部分包括該表面層之非離子交換區域。離子交換區域中的折射率減少離子之增加的濃度減少該離子交換區域中的表面層104之折射率，而實質上不減少非離子交換區域中的表面層之折射率。

如第 5 圖 所示，低折射率區域134具有由表面層104之外表面108的離子交換所造成的彎曲或非線性形狀。如此非線性形狀為離子交換是在多個維度上進行的擴散過程之結果，從而造成在遮罩140之邊緣下方進行某種程度的離子交換。舉例而言，增加離子交換處理之時間及/或溫度可增加低折射率區域134所延伸的遮罩140下方的距離。在一些實施例中，高折射率區域132之次要尺度（例如，Y方向上的寬度）為至多約10 µm、至多約5 µm或至多約2 µm。如此小的次要尺度針對舉例而言單模光波導應用可為有用的。藉由從表面層104中的高折射率玻璃開始並且使用離子交換來減少該表面層之選定區域中的折射率，遮罩140不需要具有與高折射率區域134之次要尺度一樣小的次要尺度（例如，Y方向上的寬度）。反之，遮罩140可具有更大的次要尺度，並且離子交換處理可以以下的方式執行：控制低折射率區域134在遮罩下方所延伸的程度以達成具有期望的次要尺度的高折射率區域132。使用更寬的遮罩以達成更窄的高折射率區域的能力可降低在表面層之外表面上沉積遮罩之複雜性，同時達成具有期望的尺度的波導。

如本文所述基底層102為實質上不可離子交換的或非可離子交換的。因此，基底層102充當離子交換阻障，該離子交換阻障防止離子交換深入玻璃層壓結構100而超越表面層104。如此的離子交換阻障可促使高折射率區域132之厚度（例如，在Z方向上）受到控制而與該高折射率區域之寬度（例如，在Y方向上）無關。因此，可調整離子交換處理以達成如本文所述的高折射率區域之期望的寬度，而不增加該高折射率區域之高度。對高折射率區域之剖面尺度的獨立控制可促使具有有利效能特性的光波導。此外，或替代地，基底層102之低離子交換擴散係數可防止高折射率區域132中存在的折射率增加離子更深地擴散至玻璃層壓結構100中而超越表面層104與該基底層之間的介面。如此的離子交換阻障可有助於在離子交換處理、額外的離子交換處理（例如，本文所述的第二離子交換處理）及/或其他處理處理期間維持高折射率區域之形狀。

在包含第二表面層的實施例中，該第二表面層可包括與表面層相同或不同的玻璃組成物或由與該表面層相同或不同的玻璃組成物所形成。舉例而言，第二表面層106可由如本文所述的表面層104之第二玻璃組成物或由第三玻璃組成物所形成。因此，在任何離子交換處理之前，第二表面層可具有比基底層更高或更低的折射率。 在第二表面層之玻璃組成物之折射率小於n_基底 的實施例中，可不實行第二表面層之額外處理（例如，離子交換），因為傳播通過基底層的光將不會傾向於從相對高的折射率基底層漏光至相對較低折射率的第二表面層。替代地，在其中第二表面層之玻璃組成物之折射率大於n_基底 的實施例中，第二表面層之額外處理可有益於防止傳播通過基底層的光漏光至第二表面層中，並且潛在地，漏出玻璃層壓結構。在某些實施例中，將第二表面層進行離子交換處理以減少第二表面層之至少一部分之折射率。舉例而言，除了沒有遮罩之外，將第二表面層進行如本文所述參照表面層106的離子交換處理。因此，在離子交換處理期間第二表面層之整個或實質上整個外表面曝露出，使得第二表面層之至少一部分之折射率減少至小於n_基底 。舉例而言，第二表面層之全部或實質上全部包括低折射率區域。此外，或替代地，第二表面層包括包括折射率梯度的離子交換區域。舉例而言，離子交換區域之折射率在靠近外表面處最高，並且於朝向基底層的向內方向上減少（例如，由於折射率減少離子從外表面擴散至第二表面層的結果）。

在一些實施例中，在玻璃層壓結構之表面層中形成波導的步驟包括埋入該波導或埋入高折射率區域。

在一些實施例中，埋入波導或埋入高折射率區域的步驟包括延伸低折射率區域以佔據表面層之表面區域。舉例而言，將具有低折射率區域134形成於其中的且從其移除遮罩140的該玻璃層壓結構110之表面層104進行第二離子交換處理，以延伸低折射率區域，以佔據設置於該表面層之高折射率區域132與外表面108之間的該表面層之表面區域。第 6 圖 為玻璃層壓結構100在於其中形成低折射率區域134、從表面層104之外表面108移除遮罩140並且將該表面層之外表面進行第二離子交換處理之後之剖面示意圖。可以如上所述關於離子交換處理的方式進行第二離子交換處理。然而，調整第二離子交換處理之條件（例如，時間及/或溫度），使得在第二離子交換處理期間折射率減少離子所擴散的深度（例如，在Z方向上）比在離子交換處理期間折射率減少離子所擴散的深度更淺。因此，如第 6 圖 所示，低折射率區域134被延伸使得高折射率區域132藉由該低折射率區域而與第二層104之外表面108分隔。

在一些實施例中，埋入波導或埋入高折射率區域的步驟包括以低折射率材料塗佈表面層之外表面。第 7 圖 為玻璃層壓結構100在於其中形成低折射率區域134、從表面層104之外表面108移除遮罩140並且施加低折射率塗層150至該表面層之外表面之後之剖面示意圖。低折射率塗層包括折射率小於n_高 （例如，小於n_高 至少0.001）的低折射率材料。低折射率材料包括舉例而言玻璃材料、聚合材料、金屬材料、另一種適合的低折射率材料或其組合。在一些實施例中，低折射率塗層包括透明導體、半導體、電光件或液晶。可使用舉例而言濺射（例如，離子輔助濺射）、蒸鍍（例如，電子束蒸鍍或熱蒸鍍）、氣相沉積（例如，化學或物理氣相沉積，包含電漿化學氣相沉積）、印刷（例如，凹版印刷或網版印刷）、微影術或另一個適合的沉積製程將低折射率塗層150施加至表面層104之外表面108。在一些實施例中，例如其中低折射率塗層150包括聚合材料的實施例，低折射率層包括一或更多種摻質。該等摻質可提供功能性。舉例而言，該等摻質包括螢光染料摻質、有機非線性光學聚合物或例如液晶的電光材料。在一些實施例中，例如其中低折射率塗層150包括玻璃材料的實施例，該低折射率塗層包括一或更多種稀土類摻質。可如第 7 圖 所示將低折射率塗層施加至玻璃層壓結構之整個或實質上整個外表面，或選擇性地僅施加至該玻璃層壓結構之外表面之一部分。舉例而言，可選擇性地將低折射率塗層施加至外表面之高折射率區域（例如，波導），從而使該外表面之低折射率區域未被該塗層所覆蓋。

在一些實施例中，實行埋入波導或埋入高折射率區域而作為在玻璃層壓結構之表面層上形成波導的一部分。舉例而言，遮罩之尺寸及離子交換條件可經選擇而使得在將玻璃層壓結構進行選擇性離子交換處理以在表層內形成低折射率區域期間，高折射率區域被埋入表面層內。第 8 圖 為在玻璃層壓結構100中形成低折射率區域134之後該玻璃層壓結構之剖面示意圖。第 8 圖 所示的遮罩140小於（例如，窄於）第 4 圖 ~ 第 5 圖 所示的遮罩。在一溫度下實行離子交換處理且實行一時間，該溫度及時間使得在離子交換處理期間在遮罩140之相對側上形成的低折射率區域134在遮罩140下接合以形成單一的低折射率區域。單一低折射率區域設置於高折射率區域132與表面層104之外表面108之間，使得波導埋入該表面層內。

埋入波導或埋入高折射率區域可幫助確保高折射率區域被具有較低折射率的材料完全環繞，此舉可改進光波導物件之效能。

在各種實施例中，玻璃層壓結構100之一或更多層（例如，基底層102、表面層104及/或第二表面層106）包括一或更多種摻質。該等摻質可提供功能性。舉例而言，該等摻質包括稀土族元素（例如，Nd或Er），這對於波導雷射應用可為有益的。

在各種實施例中，玻璃層壓結構之外表面包括紋理化表面。舉例而言，將表面層之外表面摻雜快速蝕刻材料（例如，在所選溶劑中具有比表面層之第二玻璃組成物更高的蝕刻速率的玻璃組成物）。可將外表面蝕刻以在靠近波導處或波導上形成表面特徵（例如，空腔或溝槽）。在一些實施例中，表面特徵由一或更多個功能性材料所填充。功能性材料包括舉例而言散射顆粒、染料（例如，螢光染料或雷射染料）、環氧樹脂（例如，UV環氧樹脂）、電光液體（例如，液晶材料）或其組合。在使用上，傳播通過波導的光可與功能性材料相互作用，舉例而言，以實行裝置功能（例如，活化設置在表面特徵中的功能性材料）。

第 9 圖 為包括形成在光波導物件10中的空腔12的該光波導物件之一個實施例之剖面示意圖。舉例而言，空腔12包括從表面層104之外表面108朝向基底層102向內延伸的孔隙或凹部。此外，或替代地，空腔12設置於低折射率區域134內。在一些實施例中，空腔12藉由蝕刻表面層104之外表面108而形成。舉例而言，低折射率區域134於所選擇的蝕刻劑中比高折射率區域132更可溶，使得將該所選擇的蝕刻劑施加至外表面108的步驟移除高折射率區域之一部分以形成空腔12。在其他實施例中，空腔12可藉由雷射燒蝕或另一個適合的材料移除製程而形成。在一些實施例中，光波導物件10包括設置在空腔12內的一或更多個功能性材料。

在各種實施例中，光波導物件包括如本文所述的一或更多個塗層（例如，玻璃塗層或聚合塗層）。在一些實施例中，塗層包括感光性成分。可將塗層曝露於輻射（例如，紫外光）以在該塗層中形成圖案。舉例而言，該圖案包括布拉格光柵、繞射光柵或另一個適合的光學圖案。此外，或替代地，塗層包括玻璃材料與聚合材料之混合式混合物。舉例而言，塗層包括UV可固化聚合物與具有與該聚合物匹配的折射率的玻璃奈米顆粒之混合式混合物。奈米顆粒可包括具有或不具有摻質材料的基底玻璃。

在一些實施例中，在玻璃層壓結構之表面層中形成波導的步驟包括將該玻璃層壓結構進行選擇性離子交換處理，以在該表面層內與低折射率區域相反形成高折射率區域。第 10 圖 為具有施加至表面層104之外表面108的遮罩140a的玻璃層壓結構100a之剖面示意圖。玻璃層壓結構100a類似於玻璃層壓結構100，不同之處在於玻璃層壓結構100a之表面層104及/或第二表面層106之第二玻璃組成物包括足夠高的濃度的折射率增加離子（例如，Na⁺ ），以包括折射率增加離子（例如，K⁺ 或Ag⁺ ）的離子交換介質的離子交換處理增加離子交換區域內的該表面層及/或該第二表面層之折射率。

由遮罩140a所覆蓋的表面層104之外表面108之覆蓋部分對應於低折射率區域134之預期圖案，並且未被該遮罩覆蓋的該表面層之外表面之未覆蓋部分對應於波導130之預期波導圖案。舉例而言，遮罩140a中的開口142包括對應於波導130之高折射率區域132之預期圖案的形狀。在第 10 圖 所示的實施例中，遮罩140a中的開口142包括對應於波導130及第二波導130a之複數個高折射率通道的複數條線。在其他實施例中，遮罩中的開口包括一或更多個點、曲線、分支通道、其他適合的形狀或其組合。遮罩140a可由本文關於遮罩140所述的材料及/或使用本文關於遮罩140所述的製程所形成。

將具有施加至玻璃層壓結構110a之表面層104的遮罩140a的該玻璃層壓結構之表面層進行離子交換處理，以選擇性地增加該表面層之一部分中的折射率並且形成高折射率區域132，而實質上不增加對應於低折射率區域134的該表面層之剩餘部分之折射率。第 11 圖 為在將遮罩140a施加至表面層104之外表面108並選擇性地將該表面層之外表面之未覆蓋或曝露出的部分進行離子交換處理之後的玻璃層壓結構100a之剖面示意圖。離子交換介質包括折射率增加離子，該等折射率增加離子待與玻璃基質（例如，表面層104之玻璃基質）中的折射率減少離子交換。在一些實施例中，離子交換介質包括熔融鹽溶液，並且離子交換處理包括將玻璃層壓結構浸入包括折射率增加離子（例如，K⁺ ）的熔融鹽浴中，該等折射率增加離子待與表面層104之玻璃基質中的折射率減少離子（例如，Na⁺ ）交換。在一些實施例中，熔融鹽浴包括折射率增加離子之鹽（例如，硝酸鹽、硫酸鹽及/或氯鹽）。舉例而言，熔融鹽浴包括熔融KNO₃ 。此外，或替代地，熔融鹽浴之溫度為從約380°C至約450°C，浸入時間為從約2小時至約16小時。

在離子交換處理期間，來自離子交換介質的折射率增加離子擴散至表面層104之外表面108之未覆蓋部分中，並且來自玻璃基質的折射率減少離子擴散至該表層之外表面之未覆蓋部分之外。在離子交換區域中折射率增加離子之增加的濃度增加離子交換區域中的表面層104之折射率，而實質上不增加非離子交換區域中的該表面層之折射率。

在從表面層104中的低折射率玻璃開始並且使用離子交換以增加該表面層之選定區域中的折射率的實施例中，遮罩140a中的開口142包括次要尺度（例如，Y方向上的寬度），該次要尺度小於或等於高折射率區域134之次要尺度。

基底層102可用作離子交換阻障，該離子交換阻障如本文關於玻璃層壓結構100所述的防止離子交換深入玻璃層壓結構100a而超越表面層104。

本文所述的光波導物件可用於各種應用，包含舉例而言，積體光學或光電子應用、波導雷射源、波導開關、耦合器及感測器。

對於本領域熟悉技藝者而言將為顯而易見的是，可在不脫離所主張申請標的之精神或範疇的情況下作各種修改及變異。因此，除了依照所附申請專利範圍及其均等物之外，所主張申請標的不受限制。

10‧‧‧光波導物件
12‧‧‧空腔
100‧‧‧玻璃層壓結構
100a‧‧‧玻璃層壓結構
102‧‧‧基底層
104‧‧‧表面層
106‧‧‧第二表面層
108‧‧‧表面層之外表面
110‧‧‧第二表面層之外表面
112‧‧‧第一主表面
114‧‧‧第二主表面
130‧‧‧波導
130a‧‧‧第二波導
132‧‧‧高折射率區域
132a‧‧‧第二高折射率區域
134‧‧‧低折射率區域
140‧‧‧遮罩
140a‧‧‧遮罩
142‧‧‧遮罩中的開口
150‧‧‧低折射率塗層
200‧‧‧溢流分配器
220‧‧‧下溢流分配器
222‧‧‧槽
224‧‧‧第一玻璃組成物
226‧‧‧外成形表面
228‧‧‧外成形表面
230‧‧‧拉製線
240‧‧‧上溢流分配器
242‧‧‧槽
244‧‧‧第二玻璃組成物
246‧‧‧外成形表面
248‧‧‧外成形表面

第1圖為包括玻璃層壓結構的光波導物件之一個示例性實施例之剖面示意圖。

第2圖為在第1圖之玻璃層壓結構之表面層中形成波導之前該玻璃層壓結構之剖面示意圖。

第3圖為可用以形成玻璃層壓結構的溢流分配器(overflow distributor)之一個示例性實施例之剖面示意圖。

第4圖為第2圖之玻璃層壓結構而具有施加至表面層之外表面的遮罩之剖面示意圖。

第5圖為第4圖之玻璃層壓結構在選擇性地將表面層之外表面之未覆蓋部分進行離子交換處理以形成該表面層之低折射率區域之後之剖面示意圖。

第6圖為第5圖之玻璃層壓結構在從表面層之外表面移除遮罩並且將該表面層之外表面進行第二離子交換處理之後之剖面示意圖。

第7圖為第5圖之玻璃層壓結構在從表面層之外表面移除遮罩並且施加低折射率塗層至該表面層之外表面之後之剖面示意圖。

第8圖為第2圖之玻璃層壓結構而具有施加至表面層之外表面的遮罩並且在選擇性地將該表面層之外表面之未覆蓋部分進行離子交換處理以形成該表面層之低折射率區域之後之剖面示意圖。

第9圖為第5圖之玻璃層壓結構在從表面層之外表面移除遮罩並且在該表面層之低折射率區域中形成空腔之後之剖面示意圖。

第10圖為在於玻璃層壓結構之表面層中形成波導之前並且具有施加至該表面層之外表面的遮罩的該玻璃層壓結構之剖面示意圖。

第11圖為第10圖之玻璃層壓結構在選擇性地將表面層之外表面之未覆蓋部分進行離子交換處理以形成該表面層之高折射率區域之後之剖面示意圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100‧‧‧玻璃層壓結構

102‧‧‧基底層

104‧‧‧表面層

106‧‧‧第二表面層

108‧‧‧表面層之外表面

132‧‧‧高折射率區域

134‧‧‧低折射率區域

140‧‧‧遮罩

Claims (24)

1. 一種光波導物件，包括： 一基底層，該基底層由具有一折射率n_基底 的一第一玻璃組成物所形成；一表面層，該表面層熔融至該基底層並且由具有一折射率n_表面 的一第二玻璃組成物所形成；及一波導，該波導設置於該表面層內；其中n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。
2. 如請求項1所述之光波導物件，其中該波導包括一高折射率區域，該高折射率區域至少部分地由一低折射率區域所環繞。
3. 如請求項2所述之光波導物件，其中： 該高折射率區域包括一折射率n_高 ； 該低折射率區域包括一折射率n_低 ；及 n_高 及n_低 滿足方程式n_高 –n_低 ≥0.001。
4. 如請求項3所述之光波導物件，其中n_高 實質上等於n_表面 。
5. 如請求項3所述之光波導物件，其中n_低 實質上等於n_表面 。
6. 如請求項2所述之光波導物件，其中該低折射率區域包括該表面層之一離子交換區域。
7. 如請求項2所述之光波導物件，其中該高折射率區域包括該表面層之一離子交換區域。
8. 如請求項1至請求項7中任一項所述之光波導物件，其中該第一玻璃組成物包括一基底離子交換擴散係數D_基底 ，及該第二玻璃組成物包括一表面離子交換擴散係數D_表面 ，D_表面 大於D_基底 。
9. 如請求項8所述之光波導物件，其中D_基底 及D_表面 中之各者包括關於一折射率增加離子及一折射率減少離子的一離子交換擴散係數。
10. 如請求項9所述之光波導物件，其中該折射率增加離子包括K⁺ 或Ag⁺ 中之至少一者。
11. 如請求項9所述之光波導物件，其中該折射率減少離子包括Na⁺ 。
12. 如請求項1至請求項7中任一項所述之光波導物件，其中該基底層之該第一玻璃組成物包括一基底熱膨脹係數CTE_基底 ，及該表面層之該第二玻璃組成物包括一表面熱膨脹係數CTE_表面 ，CTE_表面 小於CTE_基底 ，使得該表面層處於一壓縮應力下。
13. 如請求項1至請求項7中任一項所述之光波導物件，進一步包括一第二表面層，該第二表面層熔融至該基底層並且由該第二玻璃組成物或一第三玻璃組成物所形成，該基底層設置於該表面層與該第二表面層之間。
14. 如請求項13所述之光波導物件，其中該表面層之該第二玻璃組成物及該第二表面層之該第二玻璃組成物或該第三玻璃組成物中之各者之一熱膨脹係數（CTE）小於該基底層之該第一玻璃組成物之一熱膨脹係數，使得該表面層及該第二表面層中之各者處於一壓縮應力下。
15. 如請求項1至請求項7中任一項所述之光波導物件，其中該基底層及該表面層被包括於一層壓玻璃片中。
16. 一種光波導物件，包括： 一層壓玻璃片，該層壓玻璃片包括一基底層及一表面層，該表面層熔融至該基底層，該基底層由具有一折射率n_基底 的一第一玻璃組成物所形成，該表面層由具有一折射率n_表面 的一第二玻璃組成物所形成，n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001；及一波導，該波導設置於該表面層內。
17. 一種形成一光波導物件之方法，該方法包括以下步驟： 在一玻璃層壓結構之一表面層中形成一波導，該玻璃層壓結構包括熔融至該表面層的一基底層，該基底層由具有一折射率n_基底 的一第一玻璃組成物所形成，該表面層由具有一折射率n_表面 的一第二玻璃組成物所形成； 其中n_基底 及n_表面 滿足方程式|n_表面 −n_基底 |≥0.001。
18. 如請求項17所述之方法，其中在該表面層中形成該波導的步驟包括以下步驟： 施加一遮罩至該玻璃層壓結構之一外表面，使得該外表面包括一覆蓋部分及一未覆蓋部分；及 選擇性地將該外表面之該未覆蓋部分進行一離子交換處理。
19. 如請求項18所述之方法，其中該覆蓋部分對應至該波導之一圖案，使得該表面層之一離子交換區域之一折射率小於該表面層之一非離子交換區域之一折射率。
20. 如請求項18所述之方法，其中該未覆蓋部分對應至該波導之一圖案，使得該表面層之一離子交換區域之一折射率大於該表面層之一非離子交換區域之一折射率。
21. 如請求項17至請求項20中任一項所述之方法，進一步包括將該波導埋入該表面層內的步驟。
22. 如請求項21所述之方法，其中埋入該波導的步驟包括以下步驟：延伸該表面層之一離子交換區域以佔據該表面層之一表面區域，使得該表面層之一非離子交換區域藉由該離子交換區域與該表面層之一外表面分隔。
23. 如請求項21所述之方法，其中埋入該波導的步驟包括施加一低折射率塗層至該表面層之一外表面的步驟。
24. 如請求項17至請求項20中任一項所述之方法，其中該玻璃層壓結構包括一第二表面層，該第二表面層熔融至該基底層且由該第二玻璃組成物或一第三玻璃組成物所形成，該基底層設置於該表面層與該第二表面層之間。