Wat is Propagatieverlies?

Fractie van het optische vermogen die verloren gaat door verstrooiing en absorptie terwijl licht door een golfgeleider of vezel loopt, uitgedrukt in dB/cm of dB/km. In siliciumgolfgeleiders is verstrooiing door ruwe zijwanden de hoofdoorzaak, met typische waarden rond 1 tot 3 dB/cm, veel hoger dan de ongeveer 0,2 dB/km van vezel.

Japanse benaming: 伝搬損失

“Propagatieverlies” komt voor in 4 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Siliciumfotonica.

Vakgebied: Siliciumfotonica

Nu oefenen: vragen over Propagatieverlies

Welke waarde ligt het dichtst bij het aandeel van het optische vermogen dat aan de uitgang overblijft wanneer licht 5 mm door een siliciumgolfgeleider met een propagatieverlies van 2 dB/cm gaat?

  1. ACirca 79%
  2. BCirca 90%
  3. CCirca 50%
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Circa 79%

5 mm is 0,5 cm, dus het verlies bedraagt 2 dB/cm × 0,5 cm = 1 dB. Het verband tussen het verlies L in dB en de transmissie T is T = 10^(−L/10); 10^(−0,1) ≈ 0,79, dus circa 79% blijft over. Het is handig om te onthouden dat 3 dB ongeveer een halvering en 10 dB een tiende betekent. Circa 90% is de waarde bij een verlies van 0,5 dB, circa 50% de waarde bij een verlies van 3 dB. Met dB kunnen de transmissies van afzonderlijke componenten, die met elkaar worden vermenigvuldigd, worden opgeteld, zodat de verliezen van meerdere componenten eenvoudig kunnen worden gesommeerd.

Wat wordt beschouwd als een van de belangrijkste oorzaken van het propagatieverlies (dB/cm) van siliciumgolfgeleiders?

  1. AVerstrooiing van licht door fijne oneffenheden in de zijwanden die bij het etsen ontstaan
  2. BBand-bandabsorptie, waarbij fotonen van telecomgolflengten elektronen in silicium van de valentieband naar de geleidingsband exciteren
  3. CSignaalvervorming doordat licht in het omringende oxide te sterk wordt versterkt
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Verstrooiing van licht door fijne oneffenheden in de zijwanden die bij het etsen ontstaan

In siliciumgolfgeleiders verstrooien oneffenheden van enkele nm, die bij lithografie en etsen in de zijwanden ontstaan, het licht naar buiten de golfgeleider. Door het grote brekingsindexverschil tussen silicium en oxide en de dunne golfgeleider is ook de lichtintensiteit aan de zijwanden groot, zodat de verstrooiing een sterke invloed heeft. Het propagatieverlies van typische strip-golfgeleiders bedraagt, afhankelijk van de omstandigheden, ruwweg circa 1–3 dB/cm (bij verliesarme processen minder dan 1 dB/cm) en wordt verlaagd door bijvoorbeeld rib-golfgeleiders te gebruiken, de golfgeleider breder te maken of de zijwanden met oxidatie of een warmtebehandeling in waterstof glad te maken. De fotonenergie van telecomgolflengten is kleiner dan de bandgap van silicium, zodat geen band-bandabsorptie optreedt.

“Propagatieverlies” in de toelichting

Vragen met “Propagatieverlies” (4)

  1. Welke waarde ligt het dichtst bij het aandeel van het optische vermogen dat aan de uitgang overblijft wanneer licht 5 mm door een siliciumgolfgeleider met een propagatieverlies van 2 dB/cm gaat?
  2. Wat wordt beschouwd als een van de belangrijkste oorzaken van het propagatieverlies (dB/cm) van siliciumgolfgeleiders?
  3. Welke beschrijving van de cutback-methode om het propagatieverlies van siliciumgolfgeleiders te meten, is juist?
  4. Wat is een juist kenmerk van een structuur waarin een siliciumgolfgeleider (brekingsindex circa 3,5) wordt omgeven door oxide (SiO2, brekingsindex circa 1,45)?

Verwante termen

Golfgeleider Bandgap (bandkloof) Brekingsindex C-band Chromatische dispersie CPO (co-packaged optics) Extinctieverhouding Mach-Zehnder-modulator O-band Plasmadispersie-effect

Naar de woordenlijst