In this paper, we investigate optical loss in a free-standing polymer waveguide deflected by mechanical motion. In addition to the propagation loss and the curvature loss, we especially focus on the evaluation of the mechanical bending loss, generated by the mechanical deflection of the polymer waveguide. In the experimental study, we have fabricate three different waveguide test structures for the measurement of propagation loss, curvature loss and mechanical bending loss, respectively. The waveguide structures, fabricated by a 3-mask surface-micromachining process, are characterized using a light source of 1330 nm wavelength. The optical loss for each set of test structures has been measured by a photodetector. We obtain an averaged propagation loss of 5.4±1.1 dB/cm and a coupling loss of 5.3±2.4 dB from the straight waveguide. A negligible curvature loss has been measured from the curved waveguides, having the curvature radius in the range of 100 ~ 2000μm. From the waveguide bending test, we have measured the total optical loss caused by the mechanical deflection of the free-standing waveguides. We find that the mechanical bending loss can be neglected compared to the propagation loss in a small deflection region within elastic region. In a large deflection beyond elastic region, however, the mechanical bending loss in increased rapidly due to the abrupt change of the waveguide direction, thus becoming the major portion of the total optical loss in the deflected polymer waveguide.
본 논문에서는 기계적 변형을 받는 양단지지형 폴리머 광도파로의 광손실에 대하여 연구하기 위해, 광손실 측정시편을 설계, 제작, 측정하였다. 특히 광도파로에 기계적인 변형이 가해졌을 때 생기는 응력 및 변형에 의한 광손실 측정에 주안점을 두었다. 전체 광손실을 실험적으로 확인하기 위해, 세가지 각각 다른 종류의 광도파손실측정용, 곡률손실측정용, 벤딩손실측정용 시편을 제작하였다. 광도파로 측정 구조 제작을 위해 마스크 3개의 표면미세가공 공정을 사용하였다. 제작된 광도파로구조는 1330 ㎚ 파장의 레이저 다이오드를 광원으로 사용한 측정장비를 사용하여 측정하고 특성분석을 하였다. 각각의 측정구조에서의 광손실은 포토다이오드에서 측정된 광신호로부터 측정하였다. 평균 도파손실은 5.4±1.1 dB/cm, 평균 결합손실은 5.3±2.4 dB/cm로 측정되었다. 100 ~ 2000 ㎛ 영역 범위 내의 곡률반경을 가진 곡률손실측정시편을 사용하여 측정된 곡률손실은 무시할 만하였다. 벤딩손실 측정시편으로부터, 양단 지지보구조의 광도파로에서 기계적 변형에 의해 기인한 총손실을 측정하였다. 탄성영역이내의 작은 변형범위에서는 기계적인 벤딩손실이 도파손실 및 결합손실 비해 작은 값을 가졌다. 하지만, 탄성영역을 벗어난 큰 변형범위에서는 기계적인 벤딩손실이 광도파 방향의 급격한 변화에 의해서 급격히 증가하여 변형을 받는 양단지지형 광도파로의 전체 손실 중 주요한 부분 차지하게 된다.
