单纯构成光回路的导波光学集成材料又简称波导。在一维限制下传输光的是平面波导，在二维限制下传输光的是条形波导和圆波导。导波光学一般考虑的光波波长范围为0.1～10微米。

对导波光学集成材料的基本要求有以下几个方面：①具有一定的折射率。光波导材料的折射率比衬底材料的高约10^-3～10^-1。②做成平面（或条形）光波导后，在使用波长范围的传输损耗，必须小于1分贝/厘米。③不仅能传输光，而且具有产生、探测和调制光等功能，可以在同一衬底上做成具有较强功能的单片集成光路。④便于波导及器件制作，在各种外界环境下性能稳定。

常用的导波光学集成材料有半导体、绝缘晶体、无定形光波导材料、有机聚合物光波导材料等。

用于导波光学集成的绝缘晶体可制作光波导、光控制元件及其集成回路，但一般都不能做光源和光探测器。常用的有以下3种。

①铁电晶体，主要是LiNbO₃晶体。它具有极好的压电、电光和波导性质。除了不能做探测器外，适合制作各种波导元件。制作LiNbO₃光波导，可采用扩散、质子交换和离子注入等方法。已研制成各种光波导调制器、开关和偏转器、模式转换器、滤波器、波分复用器、模-数转换器、声光频谱分析器、倍频器以及多种光波导传感器等，一个衬底上已能集成上百个元件。还演示了各种光信息处理和光计算功能的导波和集成光学元件，如集成光学合成孔径雷达处理器、相关器、卷积器、Fourier变换器、Walsh变换器、多信道数据处理器、网格滤波、多种矩阵-矢量乘法器、半加器和逻辑元件等。并在掺Nd和MgO的LiNbO₃材料中，已用质子交换和Ti扩散工艺，制成了波导激光器和放大器。上述部分元件已成为产品，应用于光纤通信及电子对抗系统。

LiNbO₃晶体的质量已由原来的声学级进入光波导级，其组分均匀性好，Li₂O的变化范围为±0.02mol%，折射率变化小于±0.0001。LiNbO₃晶体抗光损能力差，掺MgO可提高抗光损伤阈值。LiNbO₃光波导的传输损耗较低。

②铁石榴石晶体，具有较大的磁光效应。采用外延生长可以形成光波导调制器。例如，在Gd₃Sc₂Al₃O₁₂衬底上外延生长Eu₃Ga₅O₁₂、Gd₃Sc_0.13Ga_4.87O₁₂或Y₃Sc₂Al_0.91Ga_2.09O₁₂光波导层，在Gd₃Ga₅O₁₂（111）衬底上外延生长Y₃Fe_4.3Sc_0.7O₁₂光波导层。这些光波导的损耗较大（尤其在可见光区），构成的磁光调制器一般只能用于光波长大于1微米的场合，因此这些波导器件的发展和应用均受到限制。

③新型非线性光学晶体，主要有KTP（KTiOPO₄）、BBO（β-BaB₂O₄）、LBO（LiB₃O₅）。KTP晶体可用铷（Rb）、铯（Cs）或铊（T1）的熔融硝酸盐，制作离子交换光波导、Mach-Zehnder调制器，以及获得二次谐波等。BBO和LBO是由中国首先发展起来的性能优良的非线性晶体，这两种晶体的光波导器件正在研制中。

无定形材料又称非晶态材料、玻璃态材料。适于制作光波导的无定形材料有钠玻璃、As-S-Ge系玻璃、康宁0211玻璃、BGG21玻璃、BK7玻璃、掺CdS_xSe_1-x玻璃等。各种玻璃大多用于无源光波导元件，如分接头、分束器、合束器、定向耦合器、星形耦合器、波分复用和解复、光互连等。掺CdS_xSe_1-x玻璃还可制作全光开关、简并四波混频、光双稳、光功率限制等非线性光学元件。

制备光波导的方法有离子交换、离子注入、溅射等。最常用的方法是，把玻璃衬底放入熔融盐（AgNO₃、KNO₃或TlNO₃等）中离子交换（有时交换过程还用电场辅助），控制交换温度和时间，即能得到所需的光波导。采用离子注入和溅射制备的光波导，都需要适当退火，以降低光波导的损耗。另一种制备玻璃光波导的新方法是溶胶-凝胶法，它可以在低温下制备光波导，在制作光波导的同时，还可以掺入非线性光学材料。

用于制作离子交换光波导的玻璃衬底，一般都是钠玻璃，含Na₂O约12%。含7%Na₂O的康宁0211玻璃，其透光性极好，光通过1厘米厚的玻璃板，透过率在99%以上，相当于吸收损耗只有0.04分贝/厘米。BK7玻璃（中国产牌号为K9玻璃）也是一种制作光波导的好材料。掺CdS_xSe_1-x玻璃不仅具有较大的三阶非线性光学系数、开关速度快，而且光波导可采用K^＋-Na^＋离子交换等简单方法来制备，材料也便宜。在玻璃熔制过程中，掺入Nd或Er等激活离子，可以形成激光玻璃；也可在玻璃衬底中用离子注入办法注入这些激活离子。用这种材料还可以制作光泵浦的波导激光器。

适合制作光波导的有机聚合物很多，并且由于有机材料的分子结构具有灵活方便“剪裁”特点，因而可根据已掌握的规律，即分子结构与性能的关系，进行分子优化设计，改变和控制材料的物理和化学性能（如非线性系数、热和化学稳定性、机械强度和激光损伤阈值等）。

制作有机聚合物光波导薄膜的技术有真空蒸发、区域熔化、控温加热、旋涂、溶剂协助内扩散、离子注入、L-B（Langmuir-Blodgett）技术、单体聚合等。为了制作具有二阶非线性的电光薄膜，一般采用电诱导极化法。

可做光波导的有机聚合物有：苯基环体系，具有很大的二阶非线性系数；共轭π-电子聚合物，如聚乙炔、聚二乙炔等，具有较大的三阶非线性系数。有机聚合物材料还具有光传输损耗低、开关速度快（皮秒至飞秒级）、光损伤阈值高等性能。其非线性起因于分子内非定域的π电子。π电子易受外场极化，且随着π电子共轭系的增大，非线性系数也增大。如丁二炔聚合物的三阶非线性极化率比其单体大1000倍。

利用这类材料已试制了平面光波导、脊形光波导、Y-分支干涉仪、定向耦合器、光调制器和开关、倍频、光学双稳、参量放大以及三次谐波产生等元件，部分元件进行了集成试验。

有机聚合物光波导材料还处于发展初期，材料的力学性能、稳定性等均有待改善。通过有机物与聚合物的结合、有机物与无机物的结合，有利于某些性能的互补和改善。采用不同材料和不同结合方式，还可发展许多新的材料品种。