什麼是傳播損耗

光在波導或光纖中前進時,因散射或吸收而損失的功率比例,以 dB/cm 或 dB/km 表示。矽波導中主要原因是側壁粗糙造成的散射,代表值約 1〜3 dB/cm,遠大於光纖的約 0.2 dB/km。

日文名稱: 伝搬損失

「傳播損耗」出現在1領域的4道練習題中(矽光子等)。

這個名詞所屬的領域: 矽光子

練習傳播損耗的題目

光在傳播損耗為2 dB/cm的矽波導中前進5 mm時,出口剩餘光功率的比例最接近下列何者?

  1. A約79%
  2. B約90%
  3. C約50%
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正確答案:A. 約79%

5 mm為0.5 cm,因此損耗為2 dB/cm × 0.5 cm = 1 dB。以dB表示的損耗L與穿透率T的關係為 T = 10^(−L/10),10^(−0.1) ≈ 0.79,亦即約剩下79%。記住3 dB約為一半、10 dB為10分之1會很方便。約90%是損耗為0.5 dB時的值,約50%是損耗為3 dB時的值。使用dB時,各元件需相乘的穿透率可改以相加來處理,因此容易合計多個元件的損耗。

被視為矽波導傳播損耗(dB/cm)主要原因之一的是下列何者?

  1. A蝕刻形成的側壁細微粗糙所造成的光散射
  2. B通訊波長的光子將矽的電子從價帶激發至導帶的能帶間吸收
  3. C光在包圍波導的氧化層中被過度放大所產生的訊號失真
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正確答案:A. 蝕刻形成的側壁細微粗糙所造成的光散射

在矽波導中,微影與蝕刻在側壁形成的數 nm左右粗糙,會將光散射到波導外。由於矽與氧化層的折射率差大、波導又細,作用在側壁的光強度也大,因此受散射的影響很強。典型條形波導的傳播損耗雖視條件而定,但約為1~3 dB/cm左右(低損耗製程則低於1 dB/cm),可藉由改用脊形波導、加寬寬度、以氧化或氫氣中熱處理使側壁平滑等方式降低。通訊波長的光子能量小於矽的能隙,因此不會發生能帶間吸收。

解析中的「傳播損耗」

出現「傳播損耗」的題目(4題)

  1. 光在傳播損耗為2 dB/cm的矽波導中前進5 mm時,出口剩餘光功率的比例最接近下列何者?
  2. 被視為矽波導傳播損耗(dB/cm)主要原因之一的是下列何者?
  3. 量測矽波導傳播損耗的截斷法(cut-back法),其說明下列何者正確?
  4. 以氧化層(SiO2,折射率約1.45)包圍矽波導(折射率約3.5)的結構,其特徵下列何者正確?

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