Hvad er en optisk forstærker?
Optiske forstærkere er en teknologi, der bruges til at forstærke lyssignaler, også kaldet optiske signaler. En optisk forstærker forstærker et optisk signal direkte uden at konvertere det til en anden mellemform. Dette adskiller det fra en anden type enhed, kaldet en regenerator eller repeater, der øger et indkommende optisk signal ved at konvertere det til elektricitet og derefter generere et nyt optisk signal. Optisk forstærker teknologi øger optiske signaler i enheder som lasere og fiberoptiske kabler og er vigtig for applikationer som telekommunikation.
Den mest almindelige amplificeringsmetode, der udnytter det samme fænomen, der bruges i optisk pumpede lasere, er stimuleret emission. Hver optisk forstærker, der bruger denne metode, indeholder et fysisk medium, der kan forstærke indgående lys, kaldet et forstærkningsmedium. Når forstærkningsmediet modtager indkommende optisk energi, en proces, der kaldes pumpning af forstærkningsmediet, absorberes de indgående fotoner af lys midlertidigt og begejstrer nogle af mediets elektroner til højere energiniveau. Disse elektroner falder derefter hurtigt tilbage til deres oprindelige niveau. Når de gør det, frigives energien, de mister, i form af fotoner, hvilket forstærker det originale signal. Hvis der er behov for meget høj forstærkning, kan flere forstærkere kædes sammen, så det optiske signal kan passere gennem hver af dem i rækkefølge.
Mange forskellige stoffer kan anvendes som forstærkningsmedier i en optisk forstærker afhængig af den optiske effekt, bølgelængde og andre egenskaber, der ønskes for en bestemt anordning. Det mest almindelige forstærkningsmedium for optiske forstærkere er siliciumdioxid doteret med små mængder sjældne jordartselementer såsom erbium og ytterbium. Andre forstærkningsmedier, såsom halvledere eller granatkrystaller af yttriumaluminium, kan også bruges.
En type forstærker kaldet en Raman-forstærker øger de optiske signaler ved at udnytte et fænomen kaldet Raman-spredning. Når indgående lys kommer i kontakt med stof, spredes fotoner, der ikke absorberes i forskellige retninger. Langt de fleste af dem bevarer den samme bølgelængde og frekvens som før. En meget lille procentdel af dem, der har udvekslet energi med partiklerne af stof på grund af disse partiklers vibrationsenergi, gør det ikke.
Udnyttelse af dette til optisk forstærkning involverer to lyskilder, en højfrekvent pumpelaser og en lavere frekvens, lyskilde med højere bølgelængde fra en optisk fiber, der faktisk bærer signalet. Forstærkningsmediet i en Raman-forstærker pumpes med højfrekvent lys fra en pumpelaser, hvilket spænder mediets partikler og øger deres vibrationsenergi for at stimulere Raman-spredning. Når fotoner med højere bølgelængde af det optiske signal passerer gennem mediet, får signalet energi på bekostning af pumpestrålen og forstærkes. Denne metode bruges primært i telekommunikationsteknologi til at øge langdistansesignaler sendt via fiberoptiske kabler.