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전파 손실란?

빛이 도파로나 광섬유를 진행할 때 산란이나 흡수로 잃는 파워의 비율로, dB/cm나 dB/km로 나타낸다. 실리콘 도파로에서는 측벽 요철에 의한 산란이 주된 원인이며, 대표적인 값은 1~3 dB/cm 정도로 광섬유의 약 0.2 dB/km보다 훨씬 크다.

일본어 명칭: 伝搬損失

전파 손실은(는) 실리콘 포토닉스 등 1개 분야의 연습 문제 4개에 나와요.

분야: 실리콘 포토닉스

도전해 보기: 전파 손실 관련 문제

전파 손실이 2 dB/cm인 실리콘 도파로를 빛이 5 mm 진행했을 때, 출구에 남는 빛의 파워 비율에 가장 가까운 것은?

  1. A약 79%
  2. B약 90%
  3. C약 50%
정답과 해설 보기

정답: A. 약 79%

5 mm는 0.5 cm이므로 손실은 2 dB/cm × 0.5 cm = 1 dB입니다. dB로 나타낸 손실 L과 투과율 T의 관계는 T = 10^(−L/10)이며, 10^(−0.1) ≈ 0.79, 즉 약 79%가 남습니다. 3 dB에서 약 절반, 10 dB에서 10분의 1이 된다는 것을 기억해 두면 편리합니다. 약 90%는 손실을 0.5 dB로 한 경우, 약 50%는 손실을 3 dB로 한 경우의 값입니다. dB를 사용하면 곱셈이 되는 부품별 투과율을 덧셈으로 다룰 수 있으므로, 여러 부품의 손실을 합산하기 쉬워집니다.

실리콘 도파로의 전파 손실(dB/cm)의 주된 원인 중 하나로 꼽히는 것은?

  1. A식각으로 생긴 측벽의 미세한 요철에 의한 빛의 산란
  2. B통신 파장의 광자가 실리콘의 전자를 가전자대에서 전도대로 여기시키는 밴드 간 흡수
  3. C도파로를 둘러싼 산화막 속에서 빛이 과도하게 증폭되어 생기는 신호 왜곡
정답과 해설 보기

정답: A. 식각으로 생긴 측벽의 미세한 요철에 의한 빛의 산란

실리콘 도파로에서는 리소그래피와 식각으로 측벽에 생기는 수 nm 정도의 요철이 빛을 도파로 밖으로 산란시킵니다. 실리콘과 산화막의 굴절률 차이가 크고 도파로가 가늘어 측벽에 걸리는 빛의 세기도 크기 때문에, 산란의 영향을 강하게 받습니다. 대표적인 스트립 도파로의 전파 손실은 조건에 따라 다르지만 대략 1~3 dB/cm 정도(저손실 공정에서는 1 dB/cm 미만)이며, 리브 도파로로 만들거나, 폭을 넓히거나, 산화나 수소 분위기 열처리로 측벽을 매끄럽게 하는 등의 방법으로 줄입니다. 통신 파장의 광자 에너지는 실리콘의 밴드갭보다 작으므로 밴드 간 흡수는 일어나지 않습니다.

해설 속 전파 손실

전파 손실이(가) 나오는 문제 (4)

  1. 전파 손실이 2 dB/cm인 실리콘 도파로를 빛이 5 mm 진행했을 때, 출구에 남는 빛의 파워 비율에 가장 가까운 것은?
  2. 실리콘 도파로의 전파 손실(dB/cm)의 주된 원인 중 하나로 꼽히는 것은?
  3. 실리콘 도파로의 전파 손실을 측정하는 컷백법의 설명으로 올바른 것은?
  4. 실리콘 도파로(굴절률 약 3.5)를 산화막(SiO2, 굴절률 약 1.45)으로 둘러싼 구조의 특징으로 올바른 것은?

관련 용어

도파로 굴절률 밴드갭(Bandgap) 그레이팅 커플러(Grating Coupler) 단일 모드 광섬유 링 공진기 마흐-젠더 변조기 색분산(Chromatic Dispersion) 소광비 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)

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