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 indgående optisk signal ved at omdanne det til elektricitet og derefter generere et nyt optisk signal. Optisk forstærkerteknologi øger optiske signaler i enheder såsom lasere og fiberoptiske kabler og er vigtige for anvendelser, såsom telekommunikation.
Den mest almindelige amplifikationsmetode, der udnytter det samme fænomen, der bruges i optisk pumpede lasere, stimuleres emission. Hver optisk forstærker ved hjælp af denne metode indeholder et fysisk medium, der kan forstærke indgående lys, kaldet et forstærkemedium. Når gevinstmediet modtager indgående optisk energi, en proces, der kaldes pumpning af forstærkningsmediet, absorberes de indkommende lysfotoner midlertidigtog ophidser nogle af mediets elektroner til højere energiniveau. Disse elektroner falder derefter hurtigt tilbage til deres oprindelige niveau. Når de gør det, frigøres den energi, de mister, i form af fotoner, der forstærker det originale signal. Hvis der er behov for meget høj forstærkning, kan flere forstærkere bindes sammen, så det optiske signal kan passere gennem hver af dem i rækkefølge.
Mange forskellige stoffer kan bruges som forstærkningsmedier i en optisk forstærker, afhængigt af den optiske effekt, bølgelængde og andre egenskaber, der ønskes for en bestemt enhed. Det mest almindelige forstærkningsmedium for optiske forstærkere er siliciumdioxid dopet med små mængder sjældne jordelementer, såsom Erbium og Ytterbium. Andre forstærkningsmedier, såsom halvledere eller yttrium aluminiumsgarnetkrystaller, kan også bruges.
En type forstærker kaldet en Raman -forstærker øger optiske signaler ved at udnytte en pHEnomenon kaldet Raman -spredning. Når indkommende lys kommer i kontakt med stof, er fotoner, der ikke absorberes, spredt i forskellige retninger. Det store flertal af dem bevarer den samme bølgelængde og hyppighed som før. En meget lille procentdel af dem, der har udvekslet energi med stofpartiklerne på grund af vibrationsenergien fra disse partikler, gør ikke.
Udnyttelse af dette til optisk amplifikation involverer to lyskilder, en højfrekvent pumpe-laser og en lavere frekvens, højere bølgelængde lyskilde fra en optisk fiber, der faktisk bærer signalet. Forstærkningsmediet i en Raman-forstærker pumpes med højfrekvent lys fra en pumpelaser, 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 Telecommunicationer teknologi for at øge langdistancesignaler sendt gennem fiberoptiske kabler.