¿Qué es un amplificador óptico?
Los amplificadores ópticos son una tecnología utilizada para amplificar señales de luz, también llamadas señales ópticas. Un amplificador óptico amplifica una señal óptica directamente, sin convertirla en alguna otra forma intermedia. Esto lo distingue de otro tipo de dispositivo, llamado regenerador o repetidor, que aumenta una señal óptica entrante al convertirla en electricidad y luego generar una nueva señal óptica. La tecnología de amplificador óptico aumenta las señales ópticas en dispositivos como láseres y cables de fibra óptica y es importante para aplicaciones como las telecomunicaciones.
El método de amplificación más común, que explota el mismo fenómeno utilizado en los láseres bombeados ópticamente, es la emisión estimulada. Cada amplificador óptico que usa este método contiene un medio físico que puede amplificar la luz entrante, llamado medio de ganancia. Cuando el medio de ganancia recibe energía óptica entrante, un proceso denominado bombeo del medio de ganancia, los fotones de luz entrantes se absorben temporalmente y excitan algunos de los electrones del medio a niveles de energía más altos. Estos electrones luego vuelven rápidamente a su nivel original. Cuando lo hacen, la energía que pierden se libera en forma de fotones, amplificando la señal original. Si se necesita una amplificación muy alta, se pueden encadenar múltiples amplificadores para que la señal óptica pueda pasar a través de cada uno de ellos en secuencia.
Se pueden usar muchas sustancias diferentes como medios de ganancia en un amplificador óptico, dependiendo de la potencia óptica, la longitud de onda y otras características deseadas para un dispositivo en particular. El medio de ganancia más común para los amplificadores ópticos es el dióxido de silicio dopado con pequeñas cantidades de elementos de tierras raras como el erbio y el iterbio. También se pueden usar otros medios de ganancia, como semiconductores o cristales de granate de itrio y aluminio.
Un tipo de amplificador llamado amplificador Raman aumenta las señales ópticas al explotar un fenómeno llamado dispersión Raman. Cuando la luz entrante entra en contacto con la materia, los fotones que no se absorben se dispersan en diferentes direcciones. La gran mayoría de ellos conservan la misma longitud de onda y frecuencia que antes. Un porcentaje muy pequeño de ellos, que han intercambiado energía con las partículas de materia debido a la energía vibratoria de esas partículas, no lo hacen.
Explotar esto para la amplificación óptica implica dos fuentes de luz, un láser de bomba de alta frecuencia y una fuente de luz de menor frecuencia y mayor longitud de onda de una fibra óptica que realmente transporta la señal. El medio de ganancia en un amplificador Raman se bombea con luz de alta frecuencia de un láser de bomba, excitando las partículas del medio y aumentando su energía vibratoria para estimular la dispersión Raman. A medida que los fotones de mayor longitud de onda de la señal óptica pasan a través del medio, la señal gana energía a expensas del haz de la bomba y se amplifica. Este método se utiliza principalmente en tecnología de telecomunicaciones para impulsar las señales de larga distancia enviadas a través de cables de fibra óptica.