[发明专利]用于表征具有大的层深度的离子交换波导的棱镜耦合系统和方法

说明书

公开了通过双离子交换(DIOX)用于表征在玻璃基材中形成的具有大的层深度的波导的棱镜耦合系统和方法。一种方法包括在形成了深的区域的第一离子交换工艺之后进行第一测量，然后在形成了浅的区域的第二离子工艺之后进行第二测量。相对于棱镜(40)设置光阻特征(49)以产生模式光谱，在模式光谱中，以损失用于测量浅的区域的特性的分辨率为代价，强耦合的低阶模式的模式线对比度得到了改进。然后使用标准技术确定浅的区域的压缩应力、层深度或抗拉强度。使用近IR波长测量更深的第一离子交换工艺的特性可进行第二测量。还公开了使用形状控制测量离子交换样品的系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC§119(e)，要求2014年12月23日提交的序列号为62/095,945的美国临时专利申请的优先权，并且根据35USC§119(e)，要求2015年4月22日提交的序列号为62/151015的美国临时专利申请的优选权，其通过引用纳入本文。

技术领域

本公开涉及用于表征波导的棱镜耦合系统和方法，尤其涉及用于表征具有大的层深度的离子交换波导的系统和方法。

本文中提及的任何公开出版物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文，包括名称为“Systems and methods for measuring the stress profile of ion-exchanged glass(用于测量离子交换玻璃的应力分布的系统和方法)”，序列号为13/463,322的美国专利申请；以及在名称为“Systems and methods for measuringbirefringence in glass and glass-ceramics(用于在玻璃和玻璃陶瓷中测量双折射的系统和方法)”的第2014/0092377号美国专利申请公布中；名称为“Apparatus and methodsfor measurement of mode spectra of index profiles containing a steep region(用于测量包含陡峭区域的折射率分布的模式光谱的设备和方法)”的序列号为61/897,546的美国临时专利申请(在下文中称为’546申请)；和2014年5月21日提交的，名称为“Prism-coupling systems and methods for characterizing large depth-of-layerwaveguides(用于表征大的层深度的波导的棱镜耦合系统和方法)”的序列号为62/001,116的美国临时专利申请。

背景技术

棱镜耦合技术可用于测量平面光波导的导模的光谱，以表征波导特性，例如以测量折射率和应力分布。已经使用这一技术测量用于各种应用(例如用于显示器(如用于智能手机)的保护玻璃)的不同的离子交换(IOX)玻璃的应力和层深度(DOL)。

某些类型的IOX玻璃实际为双IOX(DIOX)玻璃，其通过产生了两个片段分布(segment profile)的第一次扩散和第二次扩散形成。第一片段与表面相邻并且具有相对较陡的斜率，而第二片段更深地延伸到基材中但是具有相对较浅的斜率。这样的DIOX分布用于某些类型的化学强化玻璃和抗微生物玻璃。

这样的两个片段分布导致在具有相对高的有效折射率的低阶模式之间有相对大的间距，并且在具有相对低的有效折射率的高阶模式之间有极小的间距。模式之间的间距是令人感兴趣的，因为在模式光谱(mode spectrum)中，各模式通过光检测器(即数字照相机)作为线被检测出。测量的分辨率通过相邻模式之间的光检测器像素的数目定义。

因为在较深的片段中行进的高阶模式采样不足，所以在寻求精确测量DIOX分布的较深处片段时，相对于光检测器像素的这种模式分布是有问题的。如果DOL足够大(例如大于70μm或100μm，或者甚至大于140μm或150μm)，其变得不能充分分辨高阶模式的光谱线，结果不能准确测量DIOX分布。另外，对于大的DOL，波导形状开始成为一个问题并且可能不利地影响测量质量。