Co je optický zesilovač?
Optické zesilovače jsou technologie používaná pro zesílení světelných signálů, také nazývaných optické signály. Optický zesilovač zesiluje optický signál přímo, aniž by jej převedl na nějakou jinou přechodnou formu. Tím se odlišuje od jiného typu zařízení, nazývaného regenerátor nebo opakovač, které zvyšuje příchozí optický signál jeho přeměnou na elektřinu a generováním nového optického signálu. Technologie optického zesilovače zvyšuje optické signály v zařízeních, jako jsou lasery a kabely z optických vláken, a je důležitá pro aplikace, jako je telekomunikace.
Nejběžnější amplifikační metodou, která využívá stejný jev, jaký se používá v opticky čerpaných laserech, je stimulovaná emise. Každý optický zesilovač používající tuto metodu obsahuje fyzické médium, které může zesílit příchozí světlo, zvané zesílené médium. Když zesilovací médium přijímá příchozí optickou energii, proces označovaný jako čerpání zesilovacího média, přicházející fotony světla jsou dočasně absorbovány a excitují některé z elektronů média na vyšší energetické hladiny. Tyto elektrony pak rychle klesají zpět na původní úroveň. Když tak učiní, energie, kterou ztratí, se uvolní ve formě fotonů, čímž se zesílí původní signál. Pokud je zapotřebí velmi vysoké zesílení, může být více zesilovačů zřetězeno dohromady, takže optický signál může procházet každým z nich postupně.
Jako optické médium v optickém zesilovači lze použít mnoho různých látek v závislosti na optické energii, vlnové délce a dalších charakteristikách požadovaných pro konkrétní zařízení. Nejběžnějším zesilovacím médiem pro optické zesilovače je oxid křemičitý dotovaný malým množstvím prvků vzácných zemin, jako je erbium a ytterbium. Mohou být také použita jiná média pro zisk, jako jsou polovodiče nebo krystaly hlinitého granátu yttria.
Typ zesilovače nazývaný Ramanův zesilovač zvyšuje optické signály využíváním jevu nazývaného Ramanův rozptyl. Když přicházející světlo přichází do styku s hmotou, rozptýlené fotony, které se neabsorbují, jsou rozptýleny různými směry. Velká většina z nich si zachovává stejnou vlnovou délku a frekvenci jako dříve. Velmi malé procento z nich, které si vyměnily energii s částicemi hmoty v důsledku vibrační energie těchto částic, tak ne.
Jeho využití pro optické zesílení zahrnuje dva světelné zdroje, vysokofrekvenční laserový pumpa a nízkofrekvenční světelný zdroj s vyšší vlnovou délkou z optického vlákna, které skutečně nese signál. Ziskové médium v Ramanově zesilovači je čerpáno vysokofrekvenčním světlem z laserového čerpadla, excituje částice média a zvyšuje jejich vibrační energii, aby stimuloval Ramanův rozptyl. Jak fotony optického signálu s vyšší vlnovou délkou procházejí médiem, získává signál energii na úkor paprsku čerpadla a je zesílen. Tato metoda se používá především v telekomunikační technologii pro posílení signálů na velkou vzdálenost odeslaných prostřednictvím optických kabelů.