導波路とは

正解：C. 約0.8 eV。シリコンのバンドギャップより小さいため、ほとんど吸収されずに伝わる

1.24 ÷ 1.55 ≈ 0.80 eVで、シリコンのバンドギャップ約1.12 eVより小さいため、価電子帯の電子を伝導帯へ持ち上げることができず、バンド間の吸収が起こりません。そのため、シリコンは通信波長でほぼ透明で、光を通す導波路の材料に使えます。逆にいえば、シリコンだけではこの波長の受光器はつくれません。シリコンが吸収するのは、波長約1.1 µmより短い(1.12 eVより大きいエネルギーの)光です。約1.9 eVは1.24と1.55を掛けてしまった値で、波長約650 nmの赤い光のエネルギーに相当します。

正解：B. 屈折率差が大きく光を強く閉じ込めるので、数 µmの小さな半径で曲げられ、素子を高密度に並べられる

光は屈折率の高い芯(コア)と低い周囲(クラッド)の境界で全反射して閉じ込められ、屈折率差が大きいほど強く閉じ込められます。シリコンと酸化膜の差は約2で、光ファイバのコアとクラッドの差(1%未満)よりけた違いに大きく、断面が約0.5 µm × 0.22 µmの細い導波路をつくれ、曲げ半径も数 µmまで小さくできます。一方、屈折率差が大きいほど側壁の凹凸で光が散乱されやすく、伝搬損失は条件によりますが代表的なストリップ導波路で1〜3 dB/cm程度(リブ導波路や低損失なプロセスではそれ以下)と、ファイバ(約0.2 dB/km)よりはるかに大きくなります。